一种基于主动扭转旋翼的直升机飞行性能优化方法技术

本发明专利技术公开一种基于主动扭转旋翼的直升机飞行性能优化方法，涉及直升机性能优化技术领域

【技术实现步骤摘要】
一种基于主动扭转旋翼的直升机飞行性能优化方法


[0001]本专利技术涉及直升机性能优化
，特别是涉及一种基于主动扭转旋翼的直升机飞行性能优化方法
。

技术介绍

[0002]直升机因其灵活的飞行能力，自专利技术以来一直活跃在各类航空运输领域
。
然而，为直升机提供升力的旋翼的高速旋转，尤其在前飞状态下，旋转速度与飞行速度叠加，使得桨叶始终处于周期变化的来流速度环境，再结合飞行所需配平变距操纵以及桨叶运动及变形响应，不同展向位置的桨叶剖面经历着振荡变化的气动载荷状态，限制直升机各项飞行性能的提升
。
[0003]为解决直升机飞行性能提升限制的问题，随着智能材料与结构技术的发展，主动控制旋翼技术逐渐崭露头角
。
其中，主动扭转旋翼技术采用桨叶连续主动扭转变形的方案，主动改变桨叶展向的扭角分布以实现改善旋翼气动载荷分布的控制效果，最终提升直升机飞行性能
。
[0004]但在主动扭转旋翼技术中，仍存在以下不足：缺乏针对主动扭转旋翼控制方案优化设计的旋翼气动弹性载荷高效设计分析方法；缺乏研究主动扭转控制对旋翼气动性能及气动载荷影响作用的分析方法
。
由于缺乏上述两种气动弹性分析，而导致当前无法得到直升机在飞行性能指标最大化时的主动扭转控制方案
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种基于主动扭转旋翼的直升机飞行性能优化方法，能够得到直升机在飞行性能指标最大化时的主动扭转控制方案
。
>[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种基于主动扭转旋翼的直升机飞行性能优化方法，包括：
[0008]获取目标直升机的飞行性能指标；所述飞行性能指标包括直升机参数
、
桨叶参数
、
发动机参数和主动控制参数；
[0009]利用坐标循环法和所述飞行性能指标，对所述目标直升机进行参数优化，得到飞行性能指标最大化时的主动扭转控制方案；所述主动扭转控制方案包括各所述优化参数经优化计算后的目标飞行性能参数；
[0010]其中，所述坐标循环法是根据旋翼飞行性能计算模块构建的；所述旋翼飞行性能计算模块是根据旋翼气动弹性响应耦合分析框架构建的；所述旋翼飞行性能计算模块用于计算目标飞行性能参数；所述旋翼气动弹性响应耦合分析框架包括依次连接的第一级计算模块和第二级计算模块；所述第一级计算模块用于计算刚体桨叶结构响应；所述第二级计算模块用于计算弹性桨叶结构响应；所述刚体桨叶结构响应和所述弹性桨叶结构响应用于计算在所述目标飞行性能参数控制下的旋翼稳态气动弹性响应
。
[0011]可选地，所述直升机参数包括：旋翼半径
、
叶片宽度
、
挥舞铰外伸量
、
桨叶有效气动
位置展向起点
、
叶片数
、
角速度和直升机舱体阻力系数；
[0012]所述桨叶参数包括：桨叶结构数据和桨叶气动数据；所述桨叶结构数据包括桨叶轴向拉伸刚度
、
挥舞与摆振方向的惯性矩
、
扭转刚度常数
、
桨叶梁的剪切模量
、
桨叶梁截面的极惯性矩和桨叶预扭角分布数据；所述桨叶气动数据包括桨叶翼型分布以及各翼型的升阻特性曲线数据；
[0013]所述发动机参数包括：发动机在不同海拔高度以及不同前进比下的功率传递系数特性曲线数据；所述主动控制参数包括：主动控制率幅值限制数据
。
[0014]可选地，所述利用坐标循环法和所述飞行性能指标，对所述目标直升机进行参数优化，得到飞行性能指标最大化时的主动扭转控制方案，具体包括：
[0015]设定基础循环参数；所述基础循环参数包括：将主动扭转率的谐波分量系数作为优化变量，以及将最高阶次取为5阶；
[0016]基于所述基础循环参数，对所述优化变量进行依次变更，得到当前阶次的更新优化变量；
[0017]基于所述当前阶次的更新优化变量和所述旋翼飞行性能计算模块，计算所述目标直升机在主动扭转控制下的飞行性能指标，得到当前阶次的目标飞行性能参数；
[0018]当所述当前阶次的更新优化变量的值与上一阶次的值不变，或者优化阶次超过最高阶次时停止计算，并根据所述当前阶次的目标飞行性能参数确定飞行性能指标最大化时的主动扭转控制方案
。
[0019]可选地，基于所述当前阶次的更新优化变量和所述旋翼飞行性能计算模块，计算所述目标直升机在主动扭转控制下的飞行性能指标，得到当前阶次的目标飞行性能参数，具体包括：
[0020]将飞行工况输入所述旋翼气动弹性响应耦合分析框架中计算，并进行旋翼配平计算，得到在所述飞行工况下旋翼的需用功率；所述飞行工况为所述目标直升机在设定飞行性能上界与下界之间的中点值时的飞行工况；
[0021]根据飞行性能指标中的发动机参数计算旋翼的可用功率，利用可用功率减去需用功率得到直升机剩余功率，并根据直升机剩余功率对设定飞行性能上界与下界进行调整，并返回步骤“将飞行工况输入所述旋翼气动弹性响应耦合分析框架中计算，并进行旋翼配平计算，得到在所述飞行工况下旋翼的需用功率”；
[0022]当直升机剩余功率的绝对值小于设定收敛阈值或循环计算次数大于设定循环次数时，停止飞行性能指标计算，得到当前阶次的目标飞行性能参数
。
[0023]可选地，将飞行工况输入所述旋翼气动弹性响应耦合分析框架中计算，并进行旋翼配平计算，得到在所述飞行工况下旋翼的需用功率，具体包括：
[0024]将飞行工况依次输入所述第一级计算模块和所述第二级计算模块中，进行二次气动弹性响应时域积分，并利用直升机定常直线飞行下的六自由度平衡方程进行旋翼配平计算，得到在所述飞行工况下旋翼的需用功率
。
[0025]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0026]本专利技术公开了一种基于主动扭转旋翼的直升机飞行性能优化方法，所述方法包括获取目标直升机的飞行性能指标；利用坐标循环法和飞行性能指标对目标直升机进行参数优化，得到飞行性能指标最大化时的主动扭转控制方案；其中，坐标循环法是根据旋翼飞行
性能计算模块和旋翼气动弹性响应耦合分析框架构建的；旋翼飞行性能计算模块用于计算目标飞行性能参数；旋翼气动弹性响应耦合分析框架包括依次连接的第一级计算模块和第二级计算模块；第一级计算模块用于计算刚体桨叶结构响应；第二级计算模块用于计算弹性桨叶结构响应
。
本专利技术能够得到直升机在飞行性能指标最大化时的主动扭转控制方案
。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术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专利技术的一些实施例，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本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于主动扭转旋翼的直升机飞行性能优化方法，其特征在于，包括：获取目标直升机的飞行性能指标；所述飞行性能指标包括直升机参数
、
桨叶参数
、
发动机参数和主动控制参数；利用坐标循环法和所述飞行性能指标，对所述目标直升机进行参数优化，得到飞行性能指标最大化时的主动扭转控制方案；所述主动扭转控制方案包括各所述优化参数经优化计算后的目标飞行性能参数；其中，所述坐标循环法是根据旋翼飞行性能计算模块构建的；所述旋翼飞行性能计算模块是根据旋翼气动弹性响应耦合分析框架构建的；所述旋翼飞行性能计算模块用于计算目标飞行性能参数；所述旋翼气动弹性响应耦合分析框架包括依次连接的第一级计算模块和第二级计算模块；所述第一级计算模块用于计算刚体桨叶结构响应；所述第二级计算模块用于计算弹性桨叶结构响应；所述刚体桨叶结构响应和所述弹性桨叶结构响应用于计算在所述目标飞行性能参数控制下的旋翼稳态气动弹性响应
。2.
根据权利要求1所述的基于主动扭转旋翼的直升机飞行性能优化方法，其特征在于，所述直升机参数包括：旋翼半径
、
叶片宽度
、
挥舞铰外伸量
、
桨叶有效气动位置展向起点
、
叶片数
、
角速度和直升机舱体阻力系数；所述桨叶参数包括：桨叶结构数据和桨叶气动数据；所述桨叶结构数据包括桨叶轴向拉伸刚度
、
挥舞与摆振方向的惯性矩
、
扭转刚度常数
、
桨叶梁的剪切模量
、
桨叶梁截面的极惯性矩和桨叶预扭角分布数据；所述桨叶气动数据包括桨叶翼型分布以及各翼型的升阻特性曲线数据；所述发动机参数包括：发动机在不同海拔高度以及不同前进比下的功率传递系数特性曲线数据；所述主动控制参数包括：主动控制率幅值限制数据
。3.
根据权利要求1所述的基于主动扭转旋翼的直升机飞行性能优化方法，其特征在于，所述利用坐标循环法和所述飞行性能指标，对所述目标直升...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓喆，万志强，许翱，张啸迟，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：