[發明專利]基于有限狀態的旋翼系統誘導流場的軸向誘導速度計算方法

在審

• 申請號: 201710744273.0
• 申請日: 2017-08-25
• 公開（公告）號: CN107688705A
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 發明（設計）人: 費中陽;史爽;楊憲強;關朝旭
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所23109
• 代理人: 岳泉清

技術領域

本發明涉及旋翼系統誘導流場的軸向誘導速度計算方法。

背景技術

伴隨著直升機，大型風機發電設備的不斷發展，為滿足相應的系統的設計指標和要求，深入了解系統動態特性，準確的模型已經顯得越來越重要。而在這類系統中，無疑旋翼系統的模型和動態將起到重要的影響，而準確計算旋翼的動態特性的關鍵之一是精確表達旋翼槳盤及其周圍的空氣誘導速度，它與旋翼存在著作用與反作用的關系。當旋翼發生擾動時，旋翼氣動載荷的變化必然引起誘導速度的變化，而這一變化又會反過來影響旋翼的氣動載荷，進而影響旋翼的運動特性。旋翼系統坐標系的建立如圖1所示。

準確的計算空氣誘導速度場是旋翼系統準確建模的關鍵問題，國內外很多旋翼系統的建模過程中，采用動量定理或者Pitt-Peters等較低階次的動態入流模型，導致建模誤差較大，無法準確地反映旋翼系統相關特性。雖然也有高階次的動態入流模型提出和應用，如Peters-He模型和Peters-Morillo模型，但這兩個模型均有其固有的不足和缺陷，制約了他們的應用。而運用大型流體計算軟件計算誘導流場，往往邊界條件設置復雜，計算量大，耗時耗力且無法保證實時性。與此同時，現代對直升機，大型風力發電機的要求越來越高，疲勞特性和機動特性等應該在設計階段就得到預先分析、計算和檢驗，必然需要較高精度的模型予以驗證；以上問題導致現有的計算方法難以同時兼顧快速計算和快速收斂的要求。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有計算方法難以同時兼顧快速計算和快速收斂的要求的問題，而提出基于有限狀態的旋翼系統誘導流場的軸向誘導速度計算方法。

基于有限狀態的旋翼系統誘導流場的軸向誘導速度計算方法具體過程為:

步驟一、獲取旋翼平面上方空間內測試點集在橢圓坐標系ν,η,下的坐標；

步驟二、設定最大諧波參數N(設定范圍一般可選為8-15)，根據最大諧波參數求解相應矩陣參數，并根據正弦分量的動態壓力系數余弦分量的動態壓力系數及相應矩陣參數，求解

相應矩陣參數為[M^c]、[M^s]、[D^c]、[D^s]、[L^c]、[L^s]；

其中[M^c]、[M^s]代表余弦和正弦分量的質量矩陣，[D^c]、[D^s]代表余弦和正弦分量的阻尼矩陣，[L^c]為余弦分量的關聯系數矩陣、[L^s]為正弦分量的關聯系數矩陣，為Peters-Morillo模型展開系數；

步驟三、根據(包含奇偶數量)求解(只包含奇數量)；

其中為混合模型中分別對應余弦和正弦奇數量的系數；

步驟四、根據和步驟一獲取的測試點集在橢圓坐標系ν,η,下的坐標構建混合模型，基于混合模型求解旋翼平面上方測試點處誘導流場的軸向誘導速度

步驟五、根據混合模型計算得到的旋翼平面上方測試點處的軸向誘導速度和Peters-Morillo模型計算得到的旋翼平面上方測試點處誘導流場的軸向誘導速度建立重構模型，根據重構模型計算旋翼平面上方測試點處誘導流場的軸向誘導速度v_z；

步驟六、利用基因算法、螞蟻算法或粒子算法對重構模型中的系數進行優化，使重構模型誤差達到最小，最終求出優化后重構模型，根據優化后重構模型計算旋翼平面上方測試點處誘導流場的軸向誘導速度v′_z。

本發明的有益效果為：

本發明方法通過建立旋翼平面上方測試點集在橢圓坐標系ν,η,下的坐標，整合了現有的Peters-He模型與Peters-Morillo模型，求解相應矩陣參數，構建混合模型，基于混合模型求解旋翼平面上方測試點處誘導流場的軸向誘導速度并根據旋翼平面上方測試點處誘導流場的軸向誘導速度和Peters-Morillo模型計算得到的旋翼平面上方測試點處誘導流場的軸向誘導速度建立重構模型，根據重構模型計算旋翼平面上方測試點處誘導流場的軸向誘導速度v_z，對重構模型中的a、c進行優化，使誤差e達到最小，并求出優化后重構模型，根據優化后重構模型最終得到旋翼平面上方測試點處誘導流場的軸向誘導速度v′_z，完成本發明基于有限狀態的旋翼系統誘導流場的軸向誘導速度計算方法，達到了同時兼顧快速計算和快速收斂的要求。