Review of coupled rotor-fuselage dynamics design methodology for coaxial rigid rotor helicopter

GAO Xiaodong; CHENG Qiyou; CHEN Hao; LIANG Kun; YIN Peng

doi:10.16615/j.cnki.1674-8190.2026.03.13

Chinese

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Review of coupled rotor-fuselage dynamics design methodology for coaxial rigid rotor helicopter

Special Column of 41th China Helicopter Academic Exchange Conference | 更新时间：2026-06-16

- Review of coupled rotor-fuselage dynamics design methodology for coaxial rigid rotor helicopter
- Advances in Aeronautical Science and Engineering Vol. 17, Issue 3, Pages: 122-132(2026)
- 作者机构：
  
  中国直升机设计研究所，景德镇 333001
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.16615/j.cnki.1674-8190.2026.03.13
  CLC： V275⁺.1;V211.52
- Received：26 November 2025，
  
  Revised：2026-03-22，
  
  Published：28 June 2026
- 稿件说明：
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高晓东, 程起有, 陈浩, 等. 共轴刚性旋翼直升机旋翼/机体耦合动力学设计技术研究综述[J]. 航空工程进展, 2026, 17(3): 122-132.

GAO Xiaodong, CHENG Qiyou, CHEN Hao, et al. Review of coupled rotor-fuselage dynamics design methodology for coaxial rigid rotor helicopter[J]. Advances in Aeronautical Science and Engineering, 2026, 17(3): 122-132.(in Chinese)
高晓东, 程起有, 陈浩, 等. 共轴刚性旋翼直升机旋翼/机体耦合动力学设计技术研究综述[J]. 航空工程进展, 2026, 17(3): 122-132. DOI： 10.16615/j.cnki.1674-8190.2026.03.13.

GAO Xiaodong, CHENG Qiyou, CHEN Hao, et al. Review of coupled rotor-fuselage dynamics design methodology for coaxial rigid rotor helicopter[J]. Advances in Aeronautical Science and Engineering, 2026, 17(3): 122-132.(in Chinese) DOI： 10.16615/j.cnki.1674-8190.2026.03.13.

摘要

共轴刚性旋翼构型以紧凑外形赋予直升机卓越的悬停与高速潜力，但其旋翼/机体耦合动力学问题成为制约其发展的瓶颈。本文系统回顾了理论建模、试验验证与工程应用3方面研究进展。理论建模方面：综述了动量/涡与CFD/CSD耦合法的适用边界，对比气动模型精度与效率，阐明高速下气动—伺服—弹性（ASE）耦合效应；试验验证方面：分析了Froude与Mach数相似律冲突所致高速气弹数据缺失，介绍了非接触测量与硬件在环（HIL）仿真；工程应用方面：梳理了减振设计对经验迭代的依赖，探讨数字孪生在载荷虚拟传感中的应用。研究指出，高保真仿真成本过高，亟需发展非线性降阶模型（ROM）与多保真度数据融合；相似律冲突导致的数据缺失是校验瓶颈，未来应转向高置信度模型驱动设计。突破现阶段难点的关键在于构建气动—伺服—弹性一体化建模、虚实融合试验验证及分析驱动适航取证（CbA）的完整数字化技术链。

Abstract

The coaxial rigid rotor configuration offers compact design， high hover efficiency， and high-speed potential， but its coupled rotor-fuselage dynamics remain a key bottleneck. This paper reviews progress and challenges in three areas： theoretical modeling， experimental validation， and engineering application. For theoretical modeling， the applicable boundaries and accuracy-efficiency trade-offs of momentum/vortex methods versus CFD/CSD coupling are reviewed， the aero-servo-elastic （ASE） effects at high speeds are clarified. For experimental validation， the conflict between Froude and Mach similarity that leads to a lack of high-speed aeroelastic data is analyzed， and non-contact measurements and hardware-in-the-loop （HIL） simulation are introduced. For engineering application， the heavy reliance of vibration reduction on empirical iteration is sort out， and digital twins for virtual sensing are explored. The review shows that high-fidelity simulations remain too costly， calling for nonlinear reduced-order models （ROM） and multi-fidelity data fusion. The similitude conflict also hampers model validation. A future shift from experience-driven iteration to high-confidence model-driven design is needed， with an integrated digital chain combining aero-servo-elastic modeling， hybrid （physical-virtual） validation， and analysis-driven certification （CbA）.

关键词

Keywords

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