[發(fā)明專(zhuān)利]一種動(dòng)態(tài)渦環(huán)尾跡模型的偽隱形推進(jìn)獲取方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811364055.5
• 申請(qǐng)日: 2018-11-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109359422B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-11-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 武上景;魯可;陳金鶴;汪正中;李攀;馬玉杰;陳立霞;劉長(zhǎng)文
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/28
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/28;G06F30/15;G06F17/13
• 代理公司: 北京航信高科知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11526
• 代理人: 何嬌

本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N動(dòng)態(tài)渦環(huán)尾跡模型的偽隱形推進(jìn)獲取方法，所述偽隱形推進(jìn)獲取方法包括；按照渦環(huán)單元生成方式獲得渦環(huán)單元小角標(biāo)1表示第一個(gè)渦環(huán)的狀態(tài)，上角標(biāo)l+1表示推進(jìn)次數(shù)；根據(jù)渦環(huán)單元按照偽隱形推進(jìn)格式依次更新獲得渦環(huán)尾跡。本申請(qǐng)的動(dòng)態(tài)渦環(huán)尾跡模型的偽隱形推進(jìn)獲取方法在進(jìn)行渦環(huán)單元尾跡模型的迭代過(guò)程中可以大大提高模型的計(jì)算效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)屬于直升機(jī)動(dòng)力學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種動(dòng)態(tài)渦環(huán)尾跡模型的偽隱形推進(jìn)獲取方法。

背景技術(shù)

動(dòng)態(tài)渦環(huán)尾跡模型是一種描述直升機(jī)尾流運(yùn)動(dòng)的尾跡模型，該模型采用具有多個(gè)自由度的渦環(huán)單元為基本的元素，由渦環(huán)組成渦管，來(lái)描述尾跡的運(yùn)動(dòng)。渦環(huán)可以在空間中隨著尾流移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)和沿徑向伸縮變化。渦環(huán)單元的狀態(tài)包括幾何狀態(tài)和環(huán)量?jī)刹糠郑渲协h(huán)量由旋翼載荷決定，幾何狀態(tài)由旋翼運(yùn)動(dòng)和尾跡誘導(dǎo)共同確定。將旋翼環(huán)量分布按照儒氏旋翼假設(shè)，環(huán)量分布表示為一階傅里葉形式為

渦環(huán)單元的幾何狀態(tài)表示為R_i(i為渦管中的第i個(gè)渦環(huán)單元)，其是由渦環(huán)單元的空間位置(x,y,z)、姿態(tài)角(φ,θ,ψ)和渦環(huán)單元半徑R組成的七維向量。

尾跡模型的輸入為旋翼的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和槳盤(pán)載荷系數(shù)，輸出為旋翼的渦環(huán)尾跡分布和誘導(dǎo)速度場(chǎng)。模型首先根據(jù)槳盤(pán)載荷求得渦環(huán)單元的環(huán)量分布，在此基礎(chǔ)上求解尾跡分布。

由槳盤(pán)載荷系數(shù)(包括旋翼拉力系數(shù)C_T、俯仰力矩系數(shù)C_M和滾轉(zhuǎn)力矩系數(shù)C_L)確定旋翼的環(huán)量分布系數(shù)為

按照旋翼轉(zhuǎn)速和槳葉片數(shù)確定時(shí)間步長(zhǎng)Δt，得到渦環(huán)單元的環(huán)量分布為

其中，Ω為旋翼轉(zhuǎn)速。

在給定環(huán)量分布之后，再進(jìn)行尾跡狀態(tài)的迭代。計(jì)算的流程如下：

Step1：按照均勻入流得到初始誘導(dǎo)速度，按照該速度得到初始的渦環(huán)單元位置分布，初始角度均為0，初始半徑為旋翼半徑；

Step2：求解尾跡對(duì)于空間點(diǎn)的誘導(dǎo)速度，將速度擬合得到渦環(huán)單元的運(yùn)動(dòng)速度；

Step3：使用推進(jìn)格式推進(jìn)得到下一個(gè)時(shí)刻的渦環(huán)尾跡狀態(tài)；

Step4：計(jì)算前后兩個(gè)時(shí)刻的尾跡殘差，如果殘差小于閾值 ，輸出尾跡，計(jì)算結(jié)束，否則，轉(zhuǎn)到Step2。

尾跡模型計(jì)算的核心為求解渦環(huán)單元的運(yùn)動(dòng)方程，最終到周期穩(wěn)態(tài)解。渦環(huán)單元的運(yùn)動(dòng)可以表示為常微分方程的形式，求解尾跡模型就是要求解常微分方程以求得收斂的解。

渦環(huán)單元的運(yùn)動(dòng)方程可以表示為

dR_i/dt＝u(R_i)

其中，R_i表示第i個(gè)渦環(huán)單元的狀態(tài)，u(R_i)表示第i個(gè)渦環(huán)單元運(yùn)動(dòng)速度。

微分方程的初值為按照固定尾跡給出的尾跡分布，上邊界為每一個(gè)時(shí)刻新生成的渦環(huán)單元的狀態(tài)，求解域通過(guò)固定渦環(huán)單元的個(gè)數(shù)來(lái)確定。

為了方便建立推進(jìn)格式，將渦環(huán)單元狀態(tài)量表示為其中，l表示第l次推進(jìn)，是推進(jìn)的時(shí)間步；k表示第k個(gè)渦環(huán)單元，表示渦環(huán)單元在尾跡中的空間排序。

在推進(jìn)l次后得到渦環(huán)尾跡對(duì)于第l+1次推進(jìn)，第一個(gè)渦環(huán)是新生成的，其狀態(tài)按照生成方式來(lái)確定。對(duì)于其它渦環(huán)，則由第l次推進(jìn)中的第1到n-1個(gè)渦環(huán)經(jīng)過(guò)推進(jìn)一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)得到。在原有的推進(jìn)方式中，采用的是顯性的歐拉格式，其推進(jìn)格式表示為

為了增加格式的收斂性，增加周期松弛條件