CN114626266A - 轻度失油状态下直升机中减摩擦动力学确定方法及系统 - Google Patents

轻度失油状态下直升机中减摩擦动力学确定方法及系统 Download PDF

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CN114626266A CN202210264424.3A CN202210264424A CN114626266A CN 114626266 A CN114626266 A CN 114626266A CN 202210264424 A CN202210264424 A CN 202210264424A CN 114626266 A CN114626266 A CN 114626266A
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曹学晨
李牟
鲍和云
靳广虎
朱如鹏
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Abstract

本发明公开一种轻度失油状态下直升机中减摩擦动力学确定方法及系统，包括：获取弧齿锥齿轮的单位载荷矩阵；基于弧齿锥齿轮有限元模型和单位载荷矩阵确定弧齿锥齿轮的齿面啮合刚度；基于CFD方法和VOF两相流模型确定轻度失油状态下弧齿锥齿轮的齿面油气体积分数及阻力矩；基于齿面油气体积分数对轻度失油状态下的弧齿锥齿轮的齿面润滑状态进行划分，并将划分后的齿面润滑状态分别进行齿面摩擦系数计算；基于轻度失油状态下中间减速器啮合单元的摩擦动力学模型，得到轻度失油状态下的主动轮振动位移和轴心轨迹。本发明能够确定直升机中间减速器在轻度失油状态下的动力学特性，为直升机传动系统的干运转预测提供理论及技术支持。

Description

轻度失油状态下直升机中减摩擦动力学确定方法及系统
技术领域
本发明涉及航空传动动力学领域，特别是涉及一种轻度失油状态下直升机中减摩擦动力学确定方法及系统。
背景技术
直升机飞行过程中，若中间减速器的滑油系统出现故障或遭遇攻击，进入失油状态后油量会迅速减少直至无油，导致齿面摩擦、磨损及振动加剧，中间减速器内部温度急剧升高，甚至会引起直升机传动系统失效。
直升机中间减速器充分润滑时，零部件接触界面由油膜完全隔开；自进入失油状态后，油量逐渐减少、膜厚变薄、温升较小，此时接触界面间仍以弹流润滑液体膜为主，该阶段称为轻度失油状态；随着膜厚持续变薄直至破裂，齿面温升剧烈，摩擦磨损及振动加剧，接触界面间载荷由单层吸附膜润滑和粗糙峰共同承担，此时称为重度失油状态。具体状态变化如图1所示。
考虑到轻度失油状态与重度失油状态下的中减动力学演变机理存在较大差异，因此，需要对其摩擦动力学确定方法单独研究。然而，目前尚未有技术能够对轻度失油状态下的摩擦动力学进行建模和具体计算。
因此，亟需一种能够预测直升机中间减速器在轻度失油状态下的动力学特性，为直升机传动系统的干运转预测提供理论及技术支持。
发明内容
本发明的目的是提供一种轻度失油状态下直升机中减摩擦动力学确定方法及系统，能够确定直升机中间减速器在轻度失油状态下的动力学特性，为直升机传动系统的干运转预测提供理论及技术支持。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
第一方面，本发明提供的一种轻度失油状态下直升机中减摩擦动力学确定方法，包括：
获取弧齿锥齿轮的单位载荷矩阵；
基于弧齿锥齿轮的有限元模型和所述单位载荷矩阵，确定所述弧齿锥齿轮的齿面啮合刚度；
基于CFD方法和VOF两相流模型，确定轻度失油状态下弧齿锥齿轮的齿面油气体积分数及阻力矩；
基于所述齿面油气体积分数，对轻度失油状态下的弧齿锥齿轮的齿面润滑状态进行划分，并将划分后的齿面润滑状态分别进行齿面摩擦系数计算；
基于所述齿面啮合刚度、所述阻力矩、所述齿面摩擦系数和轻度失油状态下中间减速器啮合单元的摩擦动力学模型，得到轻度失油状态下的主动轮振动位移和轴心轨迹；其中，所述轻度失油状态下中间减速器啮合单元的摩擦动力学模型根据集中质量法和有限元节点模型确定。
可选地，所述基于弧齿锥齿轮的有限元模型和所述单位载荷，确定所述弧齿锥齿轮的齿面啮合刚度，具体包括：
根据所述弧齿锥齿轮的加工参数构建弧齿锥齿轮的轮齿三维模型，并对所述轮齿三维模型进行网格划分，得到轮齿有限元模型；
基于所述轮齿有限元模型，确定齿轮的变形向量矩阵；
构建齿轮刚度平衡方程；
基于所述齿轮刚度平衡方程、所述变形向量和所述单位载荷矩阵，确定所述弧齿锥齿轮的齿面啮合刚度。
可选地，所述轻度失油状态下中间减速器啮合单元的摩擦动力学模型的确定过程为：
构建中间减速器的有限元节点模型；
基于所述中间减速器的有限元节点模型，得到每个轴段单元的广义位移向量、刚度矩阵、阻尼矩阵和质量矩阵；
构建传动系统动力学建模方程；
基于传动系统动力学方程和集中质量法，得到弧齿锥齿轮的动态啮合力、啮合阻尼；
基于所述传动系统动力学建模方程、所述弧齿锥齿轮的动态啮合力和啮合阻尼、以及每个所述轴段单元的广义位移向量、刚度矩阵、阻尼矩阵和质量矩阵，得到系统整体的质量矩阵、整体阻尼矩阵、刚度矩阵和作用力矩阵；
基于所述系统整体的质量矩阵、整体阻尼矩阵、刚度矩阵和作用力矩阵，构建轻度失油状态下中间减速器啮合单元的摩擦动力学模型。
可选地，所述基于CFD方法和VOF两相流模型，确定轻度失油状态下弧齿锥齿轮的齿面油气体积分数及阻力矩，具体包括：
构建基于VOF的轻度失油过程下的中间减速器内部流场数值模型；
对所述轻度失油过程下的中间减速器内部流场数值模型进行网格划分；
基于网格划分后的中间减速器内部流场数值模型，采用CFD方法计算中间减速器内部流场分布数据；
根据所述中间减速器内部流场分布数据，确定轻度失油状态下弧齿锥齿轮的齿面油气体积分数及阻力矩。
可选地，所述中间减速器内部流场数值模型采用非结构化四面体网格进行划分。
可选地，所述齿面摩擦系数包括第一齿面摩擦系数和第二齿面摩擦系数；所述基于所述齿面油气体积分数，对轻度失油状态下的弧齿锥齿轮的齿面润滑状态进行划分，并将划分后的齿面润滑状态分别进行齿面摩擦系数计算，具体包括：
将所述齿面油气体积分数大于等于设定阈值的区域划分为全膜润滑区域；将所述齿面油气体积分数小于设定阈值的区域划分为边界润滑区域；
对所述全膜润滑区域进行第一齿面摩擦系数计算；
对所述边界润滑区域进行第二齿面摩擦系数计算。
可选地，所述第一齿面摩擦系数采用基于弹流润滑理论模型进行计算，所述第一齿面摩擦系数的计算公式为：
Figure BDA0003551074410000031
其中，μ为第一齿面摩擦系数，Ph为最大赫兹应力，Gpa；SR为滑滚比；v0为滑油动力粘度，cps；S为粗糙度均方根，μm；Ve为卷吸速度，m/s；R为综合曲率半径，m；b1，b2，…，b9为回归系数。
可选地，所述第二齿面摩擦系数的计算公式为：
Figure BDA0003551074410000032
其中，μB为第二齿面摩擦系数，σavg＝(σ12+σ22)0.5为粗糙度均方根，σ12、σ22为齿面粗糙度；T为转矩；η为滑油动力粘度；vs为相对滑动速度；Ve为卷吸速度，m/s；B为齿宽；r为节圆半径；α为压力角。
可选地，所述基于所述齿面啮合刚度、所述阻力矩、所述齿面摩擦系数和轻度失油状态下中间减速器啮合单元的摩擦动力学模型，得到轻度失油状态下的主动轮振动位移和轴心轨迹，具体包括：
基于所述齿面啮合刚度、所述阻力矩、所述齿面摩擦系数和轻度失油状态下中间减速器啮合单元的摩擦动力学模型，采用Newmark数值计算方法得到轻度失油状态下的主动轮振动位移和轴心轨迹。
第二方面，本发明提供的一种轻度失油状态下直升机中减摩擦动力学确定系统，包括：
齿面啮合刚度计算模块，获取弧齿锥齿轮的单位载荷矩阵；基于弧齿锥齿轮的有限元模型和所述单位载荷矩阵，确定所述弧齿锥齿轮的齿面啮合刚度；
齿面油气体积分数及阻力矩计算模块，基于CFD方法和VOF两相流模型，确定轻度失油状态下弧齿锥齿轮的齿面油气体积分数及阻力矩；
齿面摩擦系数计算模块，基于所述齿面油气体积分数，对轻度失油状态下的弧齿锥齿轮的齿面润滑状态进行划分，并将划分后的齿面润滑状态分别进行齿面摩擦系数计算；
主动轮振动位移和轴心轨迹获取模块，基于所述齿面啮合刚度、所述阻力矩、所述齿面摩擦系数和轻度失油状态下中间减速器啮合单元的摩擦动力学模型，得到轻度失油状态下的主动轮振动位移和轴心轨迹，其中，所述轻度失油状态下中间减速器啮合单元的摩擦动力学模型根据集中质量法和有限元节点模型确定。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
现有技术并没有一种能够预测直升机中间减速器在轻度失油状态下的动力学特性的方法，本发明将有限元法与集中质量法相结合，考虑失油引起的齿面阻力矩变化及齿面摩擦系数变化，提出一种轻度失油状态下直升机中减的摩擦动力学计算方法，能够确定直升机中间减速器在轻度失油状态下的动力学特性，为直升机传动系统的干运转预测提供理论及技术支持。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例从充分润滑至轻度、重度失油润滑的演变过程图；
图2为本发明实施例轻度失油状态下直升机中减摩擦动力学确定方法流程图；
图3为本发明实施例施加约束的单齿有限元模型图；
图4为本发明实施例中减流场数值计算模型网格划分图；
图5为本发明实施例中减内部速度流场状态图；
图6为本发明实施例中齿面油气体积分数变化趋势图；
图7为本发明实施例轻度失油过程下的齿轮阻力矩变化趋势图；
图8为本发明实施例中齿面油气体积分布图；
图9为本发明实施例中齿面润滑分区示意图；
图10为本发明实施例主动轮振动位移图；
图11为本发明实施例主动轮轴心轨迹图；
图12为本发明实施例直升机中减的有限元节点模型图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种轻度失油状态下直升机中减的摩擦动力学计算方法，能够确定直升机中间减速器在轻度失油状态下的动力学特性，为直升机传动系统的干运转预测提供理论及技术支持。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图2所示，本发明提供一种轻度失油状态下直升机中减摩擦动力学确定方法，包括：
步骤100：获取弧齿锥齿轮的单位载荷矩阵。
步骤200：基于弧齿锥齿轮的有限元模型和所述单位载荷矩阵，确定所述弧齿锥齿轮的齿面啮合刚度。
所述步骤200具体为：
步骤201：根据所述弧齿锥齿轮的加工参数构建弧齿锥齿轮的轮齿三维模型，并对所述轮齿三维模型进行网格划分，得到轮齿有限元模型，如图3所示。
其中，加工参数包括轴交角、大端端面、模数、齿数、齿宽、中点螺旋角等。
步骤202：基于所述轮齿有限元模型，确定齿轮的变形向量矩阵。
步骤203：构建轮齿刚度平衡方程。
步骤204：基于所述齿轮刚度平衡方程、所述变形向量矩阵和所述单位载荷矩阵，确定所述弧齿锥齿轮的齿面啮合刚度。
建立轮齿刚度平衡方程以计算齿面啮合刚度，即：
[K]{δ}＝{P}
式中，[K]为齿面啮合刚度矩阵、{δ}为变形向量矩阵、{P}为单位载荷矩阵。
其中，啮合刚度的为单位载荷下的齿面变形量，因此，P为单位载荷。建立平衡方程后假设模型中某节点沿某个方向产生的位移δ，然后计算齿面啮合刚度等参数。
步骤300：基于CFD方法和VOF两相流模型，确定轻度失油状态下弧齿锥齿轮的齿面油气体积分数及阻力矩。
所述步骤300具体为：
步骤301：构建基于VOF的轻度失油过程下的中间减速器内部流场数值模型。
步骤302：对所述轻度失油过程下的中间减速器内部流场数值模型进行网格划分。
其中，所述中间减速器内部流场数值模型应用ANSYS Meshing进行网格划分，为适应中减复杂结构形状，本发明采用非结构化四面体网格，如图4所示。为模拟直升机中间减速器内部在飞溅润滑下的流动特性，中间减速器内部流场数值模型的网格数量约为1,540,000，最大偏斜率为0.685，最大长宽比为0.1215，中减内部的速度流场状态如图5所示。
步骤303：基于网格划分后的中间减速器内部流场数值模型，采用CFD方法计算中间减速器内部流场分布数据。
步骤304：根据所述中间减速器内部流场分布数据，确定轻度失油状态下弧齿锥齿轮的齿面油气体积分数及阻力矩。
定义主动轮以5000r/min运转，计算其旋转13圈及实际运转约1.5秒后的中间减速器内部流场分布，获得失油状态下弧齿锥齿轮的齿面动态变化的油气体积分数及阻力矩，为便于观察其在不同浸油深度下的变化趋势，对上述参数取平均值，结果如图6-图7所示。
其中，中间减速器内部流场分布计算后，可直接在CFD软件中获得齿面滑油与空气所占比例，从而确定油气体积分数；阻力矩是在流场分布计算后直接从CFD软件中提取。
步骤400：基于所述齿面油气体积分数，对轻度失油状态下的弧齿锥齿轮的齿面润滑状态进行划分，并将划分后的齿面润滑状态分别进行齿面摩擦系数计算。
计算齿面摩擦系数，对轻度失油状态下的齿面润滑状态进行分区判断。依据步骤300计算轻度失油过程中任一阶段的齿面油气体积分布，如图8所示，若该区域油气体积分数大于等于0.4则为全膜润滑区域，若该区域油气体积分数小于0.4则为边界润滑区域。
如图9所示，当失油加剧后，齿面由全膜润滑转变为全膜润滑与边界润滑共存，此时润滑剂中的极性分子会与齿面吸附形成单层或2～3层分子有序排列的吸附膜，由此润滑模型的基础理论亦由连续介质力学转变为表面物理化学，因此，对于全膜润滑与边界润滑状态下的齿面摩擦系数需按不同模型进行计算。
所述步骤400具体为：
所述齿面摩擦系数包括第一齿面摩擦系数和第二齿面摩擦系数。
将所述齿面油气体积分数大于等于设定阈值的区域划分为全膜润滑区域。将所述齿面油气体积分数小于设定阈值的区域划分为边界润滑区域。
对所述全膜润滑区域进行第一齿面摩擦系数计算；
对所述边界润滑区域进行第二齿面摩擦系数计算。
其中，设定阈值为0.4。
所述第一齿面摩擦系数采用基于弹流润滑理论模型进行计算，所述第一齿面摩擦系数的计算公式为：
Figure BDA0003551074410000081
其中，μ为第一齿面摩擦系数，Ph为最大赫兹应力，Gpa；SR为滑滚比；v0为滑油动力粘度，cps；S为粗糙度均方根，μm；Ve为卷吸速度，m/s；R为综合曲率半径，m；b1，b2，…，b9为回归系数，如表1所示。
表1弹流润滑理论的摩擦系数模型回归系数表
Figure BDA0003551074410000082
所述第二齿面摩擦系数的计算公式为：
Figure BDA0003551074410000083
其中，μB为第二齿面摩擦系数，σavg＝(σ12+σ22)0.5为粗糙度均方根，σ12、σ22为齿面粗糙度；T为转矩；η为滑油动力粘度；vs为相对滑动速度；Ve为卷吸速度，m/s；B为齿宽；r为节圆半径；α为压力角。
步骤500：基于所述齿面啮合刚度、所述阻力矩、所述齿面摩擦系数和轻度失油状态下中间减速器啮合单元的摩擦动力学模型，得到失油状态下的主动轮振动位移和轴心轨迹，如图10-图11所示，其中，所述轻度失油状态下中间减速器啮合单元的摩擦动力学模型根据集中质量法和有限元节点模型确定。
所述步骤500具体为：基于所述齿面啮合刚度、所述阻力矩、所述齿面摩擦系数和失油状态下中间减速器啮合单元的摩擦动力学模型，采用Newmark数值计算方法得到失油状态下的主动轮振动位移和轴心轨迹。
其中，直升机中间减速器主要由弧齿锥齿轮、尾水平轴、尾斜轴、轴承与机匣组成，将有限元法与集中质量法相结合，其中，传动轴(包括尾斜轴和尾水平轴)采用有限元方法，齿轮采用集中质量法，建立中间减速器的有限元节点模型。
所述失油状态下中间减速器啮合单元的摩擦动力学模型的确定过程为：
步骤a：构建中间减速器的有限元节点模型，如图12所示；
步骤b：基于所述中间减速器的有限元节点模型，得到每个轴段单元的广义位移向量、刚度矩阵、阻尼矩阵和质量矩阵。
其中，轴段单元为有限元划分后的单位小段尾水平轴和尾斜轴。
轴段单元两节点的广义位移向量为qs＝{x1,y1,z1,θx1,θy1,θz1,x2,y2,z2,θx2,θy2,θz2}，单元刚度矩阵Ks表示为：
Figure BDA0003551074410000091
轴段单元质量矩阵Ms表示为：
Figure BDA0003551074410000092
式中，ρ为材料密度，kg/m3；A为单元的横截面面积，m2；l为单元长度，m。
采用(Rayleigh)瑞利阻尼假设矩阵作为单位阻尼矩阵Cs，表示为：
Cs＝a0Ms+a1Ks
式中，α0、α1分别为Rayleigh阻尼的质量比例系数和刚度比。
该矩阵是单位质量矩阵和单位刚度矩阵的组合。
步骤c：构建传动系统动力学建模方程。
虽然各零部件的刚度矩阵、质量矩阵及受到的外力均不同，但均可用系统动力学建模方程表示为：
Figure BDA0003551074410000093
式中，M为系统整体质量矩阵，C为系统整体阻尼矩阵，K为系统整体刚度矩阵，x(t)为所有节点位移列向量，F为作用力矩阵。
其中，整体刚度矩阵K由单元刚度矩阵Ks组装得到，M、C同理。其组装方法为将不同轴段单元连接且重合的节点数值矩阵进行相加。
步骤d：基于传动系统动力学方程和集中质量法，得到弧齿锥齿轮的动态啮合力、啮合阻尼。
步骤e：基于所述传动系统动力学建模方程、所述弧齿锥齿轮的动态啮合力和啮合阻尼、以及每个所述轴段单元的广义位移向量、刚度矩阵、阻尼矩阵和质量矩阵，得到系统整体的质量矩阵、整体阻尼矩阵、刚度矩阵和作用力矩阵。
步骤f：基于所述系统整体的质量矩阵、整体阻尼矩阵、刚度矩阵和作用力矩阵，构建轻度失油状态下中间减速器啮合单元的摩擦动力学模型。
轻度失油状态下中间减速器啮合单元的摩擦动力学模型为：(啮合单元为弧齿锥齿轮：主动轮和从动轮)
Figure BDA0003551074410000101
式中，mp，mg为主从动轮的质量；cpx，cpy，cpz，cgx，cgy，cgz为主从动轮的啮合阻尼；kpx，kpy，kpz，kgx，kgy，kgz为主从动轮的啮合刚度；Ipx，Ipy，Jp，Igx，Igy，Jg为主从动轮在x、y、z方向的惯性矩；Ωp、Ωg为主从动轮的转速；λpx、λpy、λpz、λgx、λgy、λgz为主从动轮啮合点处的力臂；Fn为动态啮合力，Ff为摩擦力；Tps、Tgs为主从动轮的阻力矩；θp、θg为主从动轮的转角；xp、xg为主从动轮的x轴方向位移；yp、yg为主从动轮的y轴方向位移；zp、zg为主从动轮的z轴方向位移，一阶导数为速度，二阶导数为加速度。
其中，角标带有p的参数为主动轮的相关参数，角标带有g的参数为从动轮的相关参数。
本发明提供一种轻度失油状态下直升机中减摩擦动力学确定系统，包括：
齿面啮合刚度计算模块，获取弧齿锥齿轮的单位载荷矩阵；基于弧齿锥齿轮的有限元模型和所述单位载荷矩阵，确定所述弧齿锥齿轮的齿面啮合刚度；
齿面油气体积分数及阻力矩计算模块，基于CFD方法和VOF两相流模型，确定轻度失油状态下弧齿锥齿轮的齿面油气体积分数及阻力矩；
齿面摩擦系数计算模块，基于所述齿面油气体积分数，对轻度失油状态下的弧齿锥齿轮的齿面润滑状态进行划分，并将划分后的齿面润滑状态分别进行齿面摩擦系数计算；
主动轮振动位移和轴心轨迹获取模块，基于所述齿面啮合刚度、所述阻力矩、所述齿面摩擦系数和轻度失油状态下中间减速器啮合单元的摩擦动力学模型，得到轻度失油状态下的主动轮振动位移和轴心轨迹，其中，所述轻度失油状态下中间减速器啮合单元的摩擦动力学模型根据集中质量法和有限元节点模型确定。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种轻度失油状态下直升机中减摩擦动力学确定方法，其特征在于，包括：
获取弧齿锥齿轮的单位载荷矩阵；
基于弧齿锥齿轮的有限元模型和所述单位载荷矩阵，确定所述弧齿锥齿轮的齿面啮合刚度；
基于CFD方法和VOF两相流模型，确定轻度失油状态下弧齿锥齿轮的齿面油气体积分数及阻力矩；
基于所述齿面油气体积分数，对轻度失油状态下的弧齿锥齿轮的齿面润滑状态进行划分，并将划分后的齿面润滑状态分别进行齿面摩擦系数计算；
基于所述齿面啮合刚度、所述阻力矩、所述齿面摩擦系数和轻度失油状态下中间减速器啮合单元的摩擦动力学模型，得到轻度失油状态下的主动轮振动位移和轴心轨迹；其中，所述轻度失油状态下中间减速器啮合单元的摩擦动力学模型根据集中质量法和有限元节点模型确定。
2.根据权利要求1所述的轻度失油状态下直升机中减摩擦动力学确定方法，其特征在于，所述基于弧齿锥齿轮的有限元模型和所述单位载荷，确定所述弧齿锥齿轮的齿面啮合刚度，具体包括：
根据所述弧齿锥齿轮的加工参数构建弧齿锥齿轮的轮齿三维模型，并对所述轮齿三维模型进行网格划分，得到轮齿有限元模型；
基于所述轮齿有限元模型，确定齿轮的变形向量矩阵；
构建齿轮刚度平衡方程；
基于所述齿轮刚度平衡方程、所述变形向量和所述单位载荷矩阵，确定所述弧齿锥齿轮的齿面啮合刚度。
3.根据权利要求1所述的轻度失油状态下直升机中减摩擦动力学确定方法，其特征在于，所述轻度失油状态下中间减速器啮合单元的摩擦动力学模型的确定过程为：
构建中间减速器的有限元节点模型；
基于所述中间减速器的有限元节点模型，得到每个轴段单元的广义位移向量、刚度矩阵、阻尼矩阵和质量矩阵；
构建传动系统动力学建模方程；
基于传动系统动力学方程和集中质量法，得到弧齿锥齿轮的动态啮合力、啮合阻尼；
基于所述传动系统动力学建模方程、所述弧齿锥齿轮的动态啮合力和啮合阻尼、以及每个所述轴段单元的广义位移向量、刚度矩阵、阻尼矩阵和质量矩阵，得到系统整体的质量矩阵、整体阻尼矩阵、刚度矩阵和作用力矩阵；
基于所述系统整体的质量矩阵、整体阻尼矩阵、刚度矩阵和作用力矩阵，构建轻度失油状态下中间减速器啮合单元的摩擦动力学模型。
4.根据权利要求1所述的轻度失油状态下直升机中减摩擦动力学确定方法，其特征在于，所述基于CFD方法和VOF两相流模型，确定轻度失油状态下弧齿锥齿轮的齿面油气体积分数及阻力矩，具体包括：
构建基于VOF的轻度失油过程下的中间减速器内部流场数值模型；
对所述轻度失油过程下的中间减速器内部流场数值模型进行网格划分；
基于网格划分后的中间减速器内部流场数值模型，采用CFD方法计算中间减速器内部流场分布数据；
根据所述中间减速器内部流场分布数据，确定轻度失油状态下弧齿锥齿轮的齿面油气体积分数及阻力矩。
5.根据权利要求4所述的轻度失油状态下直升机中减摩擦动力学确定方法，其特征在于，所述中间减速器内部流场数值模型采用非结构化四面体网格进行划分。
6.根据权利要求4所述的轻度失油状态下直升机中减摩擦动力学确定方法，其特征在于，所述齿面摩擦系数包括第一齿面摩擦系数和第二齿面摩擦系数；所述基于所述齿面油气体积分数，对轻度失油状态下的弧齿锥齿轮的齿面润滑状态进行划分，并将划分后的齿面润滑状态分别进行齿面摩擦系数计算，具体包括：
将所述齿面油气体积分数大于等于设定阈值的区域划分为全膜润滑区域；将所述齿面油气体积分数小于设定阈值的区域划分为边界润滑区域；
对所述全膜润滑区域进行第一齿面摩擦系数计算；
对所述边界润滑区域进行第二齿面摩擦系数计算。
7.根据权利要求6所述的轻度失油状态下直升机中减摩擦动力学确定方法，其特征在于，所述第一齿面摩擦系数采用基于弹流润滑理论模型进行计算，所述第一齿面摩擦系数的计算公式为：
Figure FDA0003551074400000031
其中，μ为第一齿面摩擦系数，Ph为最大赫兹应力，Gpa；SR为滑滚比；v0为滑油动力粘度，cps；S为粗糙度均方根，μm；Ve为卷吸速度，m/s；R为综合曲率半径，m；b1，b2，…，b9为回归系数。
8.根据权利要求6所述的轻度失油状态下直升机中减摩擦动力学确定方法，其特征在于，所述第二齿面摩擦系数的计算公式为：
Figure FDA0003551074400000032
其中，μB为第二齿面摩擦系数，σavg＝(σ12+σ22)0.5为粗糙度均方根，σ12、σ22为齿面粗糙度；T为转矩；η为滑油动力粘度；vs为相对滑动速度；Ve为卷吸速度，m/s；B为齿宽；r为节圆半径；α为压力角。
9.根据权利要求1所述的轻度失油状态下直升机中减摩擦动力学确定方法，其特征在于，所述基于所述齿面啮合刚度、所述阻力矩、所述齿面摩擦系数和轻度失油状态下中间减速器啮合单元的摩擦动力学模型，得到轻度失油状态下的主动轮振动位移和轴心轨迹，具体包括：
基于所述齿面啮合刚度、所述阻力矩、所述齿面摩擦系数和轻度失油状态下中间减速器啮合单元的摩擦动力学模型，采用Newmark数值计算方法得到轻度失油状态下的主动轮振动位移和轴心轨迹。
10.一种轻度失油状态下直升机中减摩擦动力学确定系统，其特征在于，包括：
齿面啮合刚度计算模块，获取弧齿锥齿轮的单位载荷矩阵；基于弧齿锥齿轮的有限元模型和所述单位载荷矩阵，确定所述弧齿锥齿轮的齿面啮合刚度；
齿面油气体积分数及阻力矩计算模块，基于CFD方法和VOF两相流模型，确定轻度失油状态下弧齿锥齿轮的齿面油气体积分数及阻力矩；
齿面摩擦系数计算模块，基于所述齿面油气体积分数，对轻度失油状态下的弧齿锥齿轮的齿面润滑状态进行划分，并将划分后的齿面润滑状态分别进行齿面摩擦系数计算；
主动轮振动位移和轴心轨迹获取模块，基于所述齿面啮合刚度、所述阻力矩、所述齿面摩擦系数和轻度失油状态下中间减速器啮合单元的摩擦动力学模型，得到轻度失油状态下的主动轮振动位移和轴心轨迹，其中，所述轻度失油状态下中间减速器啮合单元的摩擦动力学模型根据集中质量法和有限元节点模型确定。
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