[發(fā)明專利]一種針對(duì)復(fù)合推力構(gòu)型直升機(jī)的兩側(cè)推進(jìn)螺旋槳優(yōu)化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910251284.4
• 申請(qǐng)日: 2019-03-29
• 公開（公告）號(hào): CN109969425B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉曉昕;林李李;李建波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): B64F5/00
• 分類號(hào): B64F5/00;B64C11/00;B64C11/46
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 賀翔

1.一種針對(duì)復(fù)合推力構(gòu)型直升機(jī)兩側(cè)推進(jìn)螺旋槳的優(yōu)化方法，其特征在于，所述方法首先獲取復(fù)合推力構(gòu)型直升機(jī)兩側(cè)推進(jìn)螺旋槳的幾何參數(shù)和工作參數(shù)，然后基于建立螺旋槳?dú)鈩?dòng)設(shè)計(jì)優(yōu)化模型；該過程具體包括以下步驟：

第一步，確定優(yōu)化模型中的優(yōu)化變量，螺旋槳?dú)鈩?dòng)設(shè)計(jì)優(yōu)化變量包括轉(zhuǎn)速、螺距、實(shí)度和梢根比；

第二步，確定優(yōu)化模型中的優(yōu)化目標(biāo)，優(yōu)化目標(biāo)為：以螺旋槳工作效率最高；以懸停狀態(tài)、巡航速度和最大前飛速度下三個(gè)點(diǎn)螺旋槳工作效率最大作為目標(biāo)函數(shù)，給每個(gè)狀態(tài)點(diǎn)分配一權(quán)重系數(shù)；根據(jù)所述目標(biāo)函數(shù)，確定不同飛行狀態(tài)下螺旋槳功率需用功率最小，并找到相對(duì)應(yīng)的幾何參數(shù)值，具體包括：

通過優(yōu)化算法，獲得所述目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解；

所述最優(yōu)解為功率庫中最小功率值所對(duì)應(yīng)的幾何參數(shù)值；

第三步，在模型中設(shè)置兩個(gè)約束條件，第一為拉力需求條件，機(jī)體兩側(cè)的螺旋槳需要滿足各自前向拉力的需求，第二為反扭矩需求條件，螺旋槳產(chǎn)生的合力矩需要滿足旋翼反扭矩的需要。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種針對(duì)復(fù)合推力構(gòu)型直升機(jī)兩側(cè)推進(jìn)螺旋槳的優(yōu)化方法，其特征在于，所述獲取復(fù)合推力構(gòu)型直升機(jī)兩側(cè)推進(jìn)螺旋槳的幾何參數(shù)和工作參數(shù)具體為：

首先，確定螺旋槳直徑:

其中，Ma_R,k表示槳尖馬赫數(shù)臨界值，V表示前飛速度，n_s表示螺旋槳轉(zhuǎn)速，通過設(shè)定槳尖馬赫數(shù)的要求，求出螺旋槳直徑；

其次，螺旋槳槳葉數(shù)目的確定由所需要的氣動(dòng)特性、效率及實(shí)度決定；

槳葉翼型要求葉素在盡量大的速度范圍和攻角范圍內(nèi)都有高升阻比和較穩(wěn)定的氣動(dòng)力；

槳葉平面形狀對(duì)于大功率發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的高速螺旋槳，根據(jù)氣流特征，從而更好地吸收發(fā)動(dòng)機(jī)功率，采用矩形或扇形槳葉；

最后，螺旋槳的螺距根據(jù)實(shí)際模型中由力的平衡為基礎(chǔ)，計(jì)算后得出。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種針對(duì)復(fù)合推力構(gòu)型直升機(jī)兩側(cè)推進(jìn)螺旋槳的優(yōu)化方法，其特征在于，所述優(yōu)化方法包括以下步驟：

301)確定螺旋槳幾何參數(shù)；

302)建立螺旋槳?dú)鈩?dòng)力模型：螺旋槳?dú)鈩?dòng)力建模：旋翼為右旋，懸停狀態(tài)左側(cè)螺旋槳提供正拉力，右側(cè)螺旋槳提供負(fù)拉力以平衡反扭矩；

螺旋槳?dú)鈩?dòng)力計(jì)算采用動(dòng)量-葉素組合理論；

根據(jù)所求的螺旋槳前向拉力求出此時(shí)的左右螺旋槳的槳矩，并根據(jù)槳矩求出兩個(gè)螺旋槳的扭矩；

303)通過引入pointer算法，針對(duì)懸停狀態(tài)螺旋槳的需用功率、巡航狀態(tài)螺旋槳的需用功率以及最大平飛速度狀態(tài)下的螺旋槳需用功率進(jìn)行計(jì)算；

304)每通過步驟303)計(jì)算一次，判斷是否達(dá)到預(yù)設(shè)步數(shù)；

若未達(dá)到預(yù)設(shè)步數(shù)，首先判斷螺旋槳各功率計(jì)算結(jié)果是否滿足約束要求；

若不滿足，則修改螺旋槳幾何參數(shù)，返回步驟301),重新計(jì)算；

若滿足，則收集該參數(shù)點(diǎn)，再修改螺旋槳幾何參數(shù)，返回步驟301),重新計(jì)算；

若達(dá)到預(yù)設(shè)步數(shù)，執(zhí)行：在所有收集點(diǎn)中搜尋螺旋槳需用功率最小時(shí)所對(duì)應(yīng)的參數(shù)點(diǎn)；

305)輸出該螺旋槳幾何參數(shù)點(diǎn)，結(jié)束運(yùn)算。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種針對(duì)復(fù)合推力構(gòu)型直升機(jī)兩側(cè)推進(jìn)螺旋槳的優(yōu)化方法，其特征在于，懸停狀態(tài)下螺旋槳需用功率通過計(jì)算旋翼的反扭矩得到每個(gè)螺旋槳的拉力，求出螺旋槳相應(yīng)的扭矩再計(jì)算得到每個(gè)螺旋槳相應(yīng)的功率：

P＝M·ω

其中，Ma_R,k表示槳尖馬赫數(shù)臨界值，V表示前飛速度，n_s表示螺旋槳轉(zhuǎn)速；

前飛狀態(tài)下螺旋槳需用功率通過計(jì)算旋翼的反扭矩和前飛時(shí)的全機(jī)阻力每個(gè)螺旋槳的拉力，得到螺旋槳相應(yīng)的扭矩再計(jì)算得到每個(gè)螺旋槳相應(yīng)的功率。