一种共轴直升机配平方法技术

本发明专利技术涉及一种共轴直升机配平方法，属于直升机技术领域，解决了传统方法旋翼载荷过大的问题；一种共轴直升机配平方法，综合上旋翼、下旋翼、机身的气动力和重力，得到所有载荷在全机重心处的三力和三矩，即飞行状态下直升机六力素平衡方程；然后增加上旋翼与下旋翼力矩差值，得到两个新的配平方程，与直升机六力素方程组合构成8力素平衡方程，配平方程中的6个操纵量和2个姿态角作为变量；对配平方程进行求解。本发明专利技术消除了共轴直升机上下旋翼的相互作用力，大幅降低了桨叶和桨毂结构疲劳载荷，在大速度前飞时，旋翼动载荷可降低50％；本发明专利技术方法分别使上下旋翼桨毂俯仰力矩和滚转力矩等值，对结构受载更加有利，降低直升机振动水平。水平。水平。

【技术实现步骤摘要】
一种共轴直升机配平方法


[0001]本专利技术属于直升机
，具体涉及一种共轴直升机配平方法，可用于共轴直升机飞行载荷计算、降低共轴直升机振动、降低共轴直升机部件动应力的水平。

技术介绍

[0002]在直升机研发过程中，旋翼载荷的确定是非常重要的一环，直接关系到直升机所有结构部件的强度、疲劳和全机振动水平，也会影响到直升机的寿命、性能和飞行安全，因此直升机旋翼载荷的确定是直升机研发的关键技术之一。
[0003]目前国内传统的直升机构型为单旋翼带尾桨直升机，共轴直升机在国内从上世纪90年代才开始研究。相比单旋翼带尾桨直升机，共轴直升机有上下两套旋翼系统，上下旋翼反向旋转来实现扭矩平衡(不再需要尾桨)，共轴直升机在飞行过程中，在半差动操纵(上下旋翼横向和纵向周期变距联动、总距有差动)的情况下上下旋翼会产生相互作用力。
[0004]直升机稳定飞行时，重心处三个方向的合力(3个)和合力矩(3个)趋于零，因此常规的配平方法是采用全机六力素平衡方程进行配平。配平量中有4个操纵量：驾驶员总距，驾驶员横向周期变距，驾驶员纵向周期变距，差动总距；2个姿态角：俯仰角和滚转角。平衡方程是非线性方程组，使用Newton
‑
Raphson数值方法进行求解，通过反复迭代，得到满足收敛精度的解时停止迭代。共轴直升机有两个主旋翼：上旋翼和下旋翼，每个旋翼都有总距、纵向周期变距和横向周期变距三个操纵量，共有6个操纵量，操纵系统操纵量是冗余的。选择常规的六力素平衡方程求解，必须消除两个操纵量，而常规做法是令上下旋翼的纵向周期变距相同，横向周期变距相同。这种配平方法中，上下旋翼的俯仰力矩和滚转力矩没有得到严格的限制，存在着对配平无效的相互作用力和力矩。

技术实现思路

[0005]鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种共轴直升机配平方法，用以解决常规直升机配平方法所存在的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种共轴直升机配平方法，具体步骤包括：
[0008]步骤1，获取直升机六力素M1：
[0009]综合上、下旋翼载荷、机身的气动载荷和重力，得到所有载荷在全机重心处三个方向的合力及合力矩，即直升机六力素M1，
[0010]M1＝[F
X
，F
Y
，F
Z
，M
X
，M
Y
，M
Z
]；
[0011]步骤2，获取直升机配平变量V：
[0012]其中θ
o
为驾驶员总距，θ
c
为驾驶员横向周期变距，θ
s
为驾驶员纵向周期变距，θ
p
为差动总距，为俯仰角，γ为滚转角；
[0013]步骤3，建立配平方程：
[0014]直升机稳定飞行时，全机重心处的三个方向的合力和合力矩均趋于0，得出稳定飞
行状态下直升机平衡方程：
[0015]∑F
X
＝0，
[0016]∑F
Y
＝0，
[0017]∑F
Z
＝0，
[0018]∑M
X
＝0，
[0019]∑M
y
＝0，
[0020]∑M
z
＝0；
[0021]步骤4，对配平方程进行求解。
[0022]进一步的，还包括步骤3.1；
[0023]步骤3.1，增加4个配平变量：
[0024]解除上下旋翼纵向、横向周期变距联动，实现全差动操纵，使得控制上、下旋翼周期变距的4个变量，作为独立变量参与配平；
[0025]V
Rn
＝[θ
R1c
，θ
R1s
，θ
R2c
，θ
R2s
]，其中θ
R1c
为下旋翼横向周期变距；θ
Rs
为下旋翼纵向周期变距；θ
R2c
为上旋翼横向周期变距；θ
R2s
为上旋翼纵向周期变距。
[0026]进一步的，还包括步骤3.2；
[0027]步骤3.2，消去V中的θ
c
、θ
s
，加入V
Rn
，得到8个配平变量：
[0028][0029]进一步的，还包括步骤3.3；
[0030]步骤3.3，增加2个配平方程；
[0031]与8个配平变量对应引入另外两个方程，∑Δ(M
xR1
‑
M
xR2
)＝0，∑Δ(M
yR1
‑
M
yR2
)＝0，最大限度地消除上、下旋翼力和力矩相互作用，引入上、下旋翼滚转力矩差值为零和上、下旋翼俯仰力矩差值为零。
[0032]进一步的，还包括步骤3.4；
[0033]步骤3.4，得到矩阵M
n
：
[0034]上下旋翼俯仰力矩和滚转力矩的均值量作为输入量，通过静态微分方程M
n
＝D
S
X，得到矩阵M
n
。
[0035]其中，
[0036]M
n
＝[Δ(M
xR1
‑
M
xR2
)，Δ(M
yR1
‑
M
yR2
)]，
[0037][0038]X＝[M
xR1
，M
yR1
，M
xR2
，M
yR2
]。
[0039]进一步的，还包括步骤3.5；
[0040]步骤3.5，更新配平方程：
[0041]通过解除上、下旋翼纵向、横向周期变距联动，引入上、下旋翼滚转力矩差值为零和上、下旋翼俯仰力矩差值为零构成共轴直升机8变量配平方程：
[0042]∑F
X
＝0，
[0043]∑F
Y
＝0，
[0044]∑F
Z
＝0，
[0045]∑M
X
＝0，
[0046]∑M
y
＝0，
[0047]∑M
z
＝0，
[0048]∑Δ(M
xR1
‑
M
xR2
)＝0，
[0049]∑Δ(M
yR1
‑
M
yR2
)＝0。
[0050]进一步的，步骤1中F
X
，F
Y
，F
Z
为直升机重心处在X，Y，Z三个方向的合力。
[0051]进一步的，步骤1中M
X
，M
Y
，M
z
为直升机重心处在X，Y，Z三个方向的合力矩。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种共轴直升机配平方法，具体步骤包括：步骤1，获取直升机六力素M1：综合上、下旋翼载荷、机身的气动载荷和重力，得到所有载荷在全机重心处三个方向的合力及合力矩，即直升机六力素M1，M1＝[F
X
,F
Y
,F
Z
,M
X
,M
Y
,M
Z
]；步骤2，获取直升机配平变量V：其中θ
o
为驾驶员总距，θ
c
为驾驶员横向周期变距，θ
s
为驾驶员纵向周期变距，θ
p
为差动总距，为俯仰角，γ为滚转角；步骤3，建立配平方程：直升机稳定飞行时，全机重心处三个方向的合力和合力矩均趋于0，得出稳定飞行状态下直升机平衡方程：∑F
X
＝0，∑F
Y
＝0，∑F
Z
＝0，∑M
X
＝0，∑M
y
＝0，∑M
z
＝0；步骤4，对配平方程进行求解。2.根据权利要求1所述的一种共轴直升机配平方法，其特征在于，还包括步骤3.1；步骤3.1，增加4个配平变量:解除上下旋翼纵向、横向周期变距联动，实现全差动操纵，使得控制上、下旋翼周期变距的4个变量，作为独立变量参与配平；V
Rn
＝[θ
R1c
,θ
R1s
,θ
R2c
,θ
R2s
],其中θ
R1c
为下旋翼横向周期变距；θ
R1s
为下旋翼纵向周期变距；θ
R2c
为上旋翼横向周期变距；θ
R2s
为上旋翼纵向周期变距。3.根据权利要求2所述的一种共轴直升机配平方法，其特征在于，还包括步骤3.2；步骤3.2，消去V中的θ
c
、θ
s
，加入V
Rn
，得到8个配平变量：4.根据权利要求3所述的一种共轴直升机配平方法，其特征在于，还包括步骤3.3；步骤3.3，增加2个配平方程；与8个配平变量对应引入另外两个方程，∑Δ(M
xR1
‑
M
xR2
)＝0，∑Δ(M
yR1
‑
M
yR2
)＝0，最大限度地消除上、下旋翼力和力矩相互作用，引入上、下旋翼滚转力矩差值为零和上、下旋翼俯仰力矩差值为零。5.根据权利要求4所述的一种共轴直升机配平方法，其特征在于，还包括步骤3.4；步骤3.4，得到矩阵M

【专利技术属性】
技术研发人员：刘淑彦，张亚军，田刚印，
申请(专利权)人：北京中航智科技有限公司，
类型：发明
国别省市：