[發(fā)明專利]一種直升機風(fēng)限圖確定方法及系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010749091.4
• 申請日: 2020-07-30
• 公開（公告）號: CN111881632A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐國華;史勇杰;張弛
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F111/04;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 王立普

本發(fā)明涉及一種直升機風(fēng)限圖確定方法及系統(tǒng)，涉及直升機技術(shù)領(lǐng)域，包括：獲取當(dāng)前狀態(tài)下艦載直升機各探測點的非定常艦艉流場數(shù)據(jù)；根據(jù)非定常艦艉流場數(shù)據(jù)計算氣動部件的平均艉流場速度分量；建立艦載直升機飛行力學(xué)計算模型；將平均艉流場速度分量與艦載直升機飛行力學(xué)計算模型耦合，計算操縱桿量；判斷操縱桿量是否達到預(yù)設(shè)安全操縱桿量閾值，若是，則確定當(dāng)前風(fēng)速為最大風(fēng)速邊界；根據(jù)最大風(fēng)速邊界確定艦載直升機著艦風(fēng)限圖；根據(jù)艦載直升機著艦風(fēng)限圖確定著艦路徑直升機著艦風(fēng)限圖；著艦路徑直升機著艦風(fēng)限圖用于確定著艦路徑下的著艦安全邊界。本發(fā)明提供的方法及系統(tǒng)可以實現(xiàn)對著艦路徑下的著艦安全邊界的快速確定。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及直升機技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種直升機風(fēng)限圖確定方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

風(fēng)限圖的制定是艦載直升機的重要研究內(nèi)容之一。風(fēng)限圖規(guī)定某一特定的直升機/艦船組合，根據(jù)最大允許風(fēng)速和風(fēng)向確定的安全邊界。風(fēng)限圖的主要研究目的是為了確定直升機著艦時不同風(fēng)向角下所能承受的最大風(fēng)速，從而指導(dǎo)直升機安全著艦。

其中，可承受最大風(fēng)速的判斷依據(jù)由直升機各操縱余量及姿態(tài)角的大小確定。一般來說，風(fēng)限圖的制定不僅涉及著艦域空氣流場特性，還與直升機的操縱量有關(guān)。因此，要想計算獲得風(fēng)限圖，需要基于直升機飛行動力學(xué)模型，再結(jié)合CFD技術(shù)獲取著艦域流場信息，計算出在不同風(fēng)向下、直升機達到平衡時對應(yīng)的姿態(tài)角和及操縱余量等，然后由直升機安全著艦標(biāo)準(zhǔn)判定，從而確定不同風(fēng)向角時的最大風(fēng)速邊界。

早期，風(fēng)限圖的繪制主要通過海上試飛來完成，雖然可靠性較強，但耗時長、成本高且伴隨安全風(fēng)險。因此，目前多采用數(shù)值模擬與試飛驗證相結(jié)合的方式進行風(fēng)限圖的確定。其中，理論風(fēng)限圖的數(shù)值計算是該方法的核心。從國外的數(shù)值模擬經(jīng)驗來看，該計算流程主要包含以下步驟：

采用高精度CFD方法(一般為DES方法)計算獲得某一風(fēng)向角和基準(zhǔn)風(fēng)速條件下的艦船流場數(shù)據(jù)。

將流場數(shù)據(jù)重組后導(dǎo)入到虛擬飛行模擬器中，國外一般采用HELIFLIGHT系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r模擬著艦過程中直升機受擾動后的俯仰、滾轉(zhuǎn)及沉浮等運動，使飛行員體驗到貼近實際的工作載荷水平。

飛行員在模擬器中進行虛擬著艦飛行，然后對所經(jīng)歷的工作載荷按照著艦飛行品質(zhì)評定標(biāo)準(zhǔn)(Deck Interface Pilot Effort Scale(DIPES))進行評級。

若評定為可接受(Acceptable)，則將流場數(shù)據(jù)按斯特勞哈爾數(shù)(St)變換到較大風(fēng)速條件下，重復(fù)飛行模擬直至評定為不可接受(Unacceptable)即可獲得該風(fēng)向角下的速度邊界。

改變風(fēng)向角、重復(fù)上述過程，最終可獲得直升機著艦風(fēng)限圖(Ship HelicopterOperating Limits(SHOL))。

相較于基于海上試飛數(shù)據(jù)的風(fēng)限圖繪制方法，理論計算方法在周期、成本方面無疑具有較強的優(yōu)勢。但可以看到，上述計算流程對軟件及硬件設(shè)備均有較高的要求，且仍然依賴于飛行員的大量試飛，這使其在工程應(yīng)用上存在較大的局限性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種直升機風(fēng)限圖確定方法及系統(tǒng)，以實現(xiàn)對著艦路徑下的著艦安全邊界的快速確定。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種直升機風(fēng)限圖確定方法，包括：

獲取當(dāng)前狀態(tài)下艦載直升機各探測點的非定常艦艉流場數(shù)據(jù)；所述探測點包括機身探測點，尾槳探測點，垂尾探測點和平尾探測點；所述當(dāng)前狀態(tài)為當(dāng)前風(fēng)速、當(dāng)前預(yù)設(shè)風(fēng)向角和當(dāng)前懸停位置；

根據(jù)所述非定常艦艉流場數(shù)據(jù)計算氣動部件的平均艉流場速度分量；所述氣動部件包括機身、尾槳、垂尾和平尾；

建立艦載直升機飛行力學(xué)計算模型；