[發(fā)明專利]一種針對復合推力構型直升機的兩側推進螺旋槳優(yōu)化方法

有效

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• 申請日: 2019-03-29
• 公開（公告）號: CN109969425B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發(fā)明（設計）人: 劉曉昕;林李李;李建波
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B64F5/00
• 分類號: B64F5/00;B64C11/00;B64C11/46
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

本發(fā)明公開一種針對復合推力構型直升機的兩側推進螺旋槳優(yōu)化方法，該方法包括：輸入預設的螺旋槳幾何參數、建立兩側螺旋槳的氣動力模型，通過引入pointer算法，分別計算懸停狀態(tài)、巡航狀態(tài)以及最大速度前飛狀態(tài)下螺旋槳的需用功率，然后通過在合理范圍內改變幾何參數，搜尋滿足兩個約束條件的參數點，在完成預設計算步數后，輸出搜集點中功率最小點時的幾何參數。本發(fā)明提供的方法及系統(tǒng)，可以較為便捷的解決復合推力構型直升機兩側推進螺旋槳在不同飛行狀態(tài)下的工作效率較低問題，從而進一步提升其飛行性能。

技術領域

本發(fā)明涉及直升機領域，特別是涉及一種針對復合推力構型直升機的兩側推進螺旋槳優(yōu)化方法。

背景技術

旋翼/機翼復合推力構型直升機，該構型直升機如圖1所示。

在垂直起降、懸停移動飛行時，旋翼在發(fā)動機帶動下作主升力面和姿態(tài)操縱面，前飛過渡飛行時，隨著飛行速度增加，機翼逐步產生升力，為旋翼卸載，同時降低旋翼的總距和槳盤迎角，待達到一定速度時，旋翼轉速降低，直至高速前飛模式下的設定值。

它具有旋翼和固定翼兩套升力系統(tǒng)以及相應的操縱機構。在垂直起降，懸停和低速飛行狀態(tài)下，通過總距，橫縱向周期變距操縱。在高速飛行狀態(tài)下，通過副翼，升降舵和螺旋槳槳距操縱。這樣既發(fā)揮了直升機在垂直起降，懸停，低速下的良好氣動特性，又同時具備了固定翼飛機在高速狀態(tài)的高升阻比特性。

該構型直升機螺旋槳的功能是提供直升機的前向拉力，平衡主旋翼的反扭矩以及差動操縱控制航向運動。

通過縱向通道配平研究，發(fā)現在懸停和低速階段，一側螺旋槳的拉力為負值，另一側為正值，隨著前飛速度的增加，兩側螺旋槳拉力均為正值，但是初始拉力為負值的螺旋槳，由于拉力變化幅度大，依靠常規(guī)經驗設計的螺旋槳效率較低，大速度前飛狀態(tài)下的效率基本上只維持在40％左右，單個螺旋槳需用功率過大。

該型式螺旋槳的特點是產生拉力的變化幅度范圍大，需要同時滿足不同工況下拉力的需求，所以有必要針對螺旋槳進行氣動優(yōu)化設計。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種能夠解決針對復合推力構型直升機兩側推進螺旋槳工作效率較低問題的方法及系統(tǒng)，以提高該構型直升機兩側推進螺旋槳的工作效率，從而進一步提升其飛行性能。

為實現上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種針對復合推力構型直升機兩側推進螺旋槳的幾何參數優(yōu)化方法，所述方法包括：

獲取復合推力構型直升機兩側推進螺旋槳的相關幾何參數和工作參數；

建立螺旋槳氣動設計優(yōu)化模型，該模型包括：

201)確定優(yōu)化模型中的優(yōu)化變量，螺旋槳氣動設計優(yōu)化變量包括轉速、螺距、實度和梢根比。

202)確定優(yōu)化模型中的優(yōu)化目標，優(yōu)化目標為：以螺旋槳工作效率最高。

在方法設計時，以懸停狀態(tài)、巡航速度和最大前飛速度下三個點螺旋槳工作效率最大作為目標函數，給每個狀態(tài)點分配一權重系數。其中，懸停狀態(tài)為0.3，巡航速度狀態(tài)為0.5，最大前飛速度狀態(tài)為0.2。

203)在模型中設置兩個約束條件，其一為拉力需求條件，機體兩側的螺旋槳需要滿足各自前向拉力的需求。其二為反扭矩需求條件，螺旋槳產生的合力矩需要滿足旋翼反扭矩的需要。

優(yōu)化方法：

301)確定螺旋槳幾何參數；

螺旋槳直徑的確定方法為:

其中，Ma_R,k表示槳尖馬赫數臨界值，V表示前飛速度，n_s表示螺旋槳轉速。