[發明專利]面向多發配置的主旋翼變轉速控制方法及裝置

有效

• 申請號: 202110884011.0
• 申請日: 2021-08-03
• 公開（公告）號: CN113548179B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 汪勇;程龍;李善成;張海波
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B64C27/12
• 分類號: B64C27/12;B64D27/04;B64D35/02;B64D35/08
• 代理公司: 北京德崇智捷知識產權代理有限公司 11467
• 代理人: 楊楠

本發明公開了一種面向多發配置的主旋翼變轉速控制方法。本發明考慮到動力渦輪的效率僅能在相對較窄的轉速范圍內獲得最優，結合多臺渦軸發動機與多級變速裝置，基于數值最優化方法，設定合適的超越離合器通斷邏輯，有序連接或斷開渦軸發動機與旋翼軸；從而通過協調多臺發動機共同工作，減小動力渦輪轉速變化范圍的同時，實現大范圍變旋翼轉速控制。本發明還公開了一種面向多發配置的主旋翼變轉速控制裝置。相比現有技術，本發明可在減小動力渦輪轉速變化范圍的同時，實現大范圍變旋翼轉速控制，進而獲得更加優越的直升機/多發系統綜合性能。

技術領域

本發明涉及一種面向多發配置的主旋翼變轉速控制方法，屬于航空宇航推進理論與工程中的系統控制、優化與仿真技術領域。

背景技術

近年來，新一代高速直升機相繼試飛成功，再一次證實了變旋翼轉速技術的可行性與優越性。除了有利于提升直升機的飛行速度外，變旋翼轉速技術在減小燃油消耗、降低噪聲以及改善直升機經濟性運行方面均可發揮積極的作用[Integrated Methodology forthe Prediction of Helicopter Rotor Noise at Mission Level[J]]。可以預見的是，變旋翼轉速技術將成為各國持續發展以實現直升機/發動機綜合系統最經濟、最環保運行的關鍵技術。

為了確保安全可靠的運行，直升機通常配備有多臺發動機，如阿帕奇和黑鷹直升機由兩臺T700渦輪軸發動機驅動，而EH-101配備三臺渦軸發動機。多發并車時，需平衡扭矩，以使得每臺發動機均分負載。與此同時，在每臺發動機的輸出軸通過小減速比齒輪箱、超越離合器與主齒輪箱相連。超越離合器是一種機械啟動裝置，只允許動力渦輪驅動主旋翼。由此容易想到是通過改變動力渦輪轉速來實現變旋翼轉速，然而不幸的是，渦軸發動機通常圍繞設計點轉速設計，當動力渦輪轉速變化過大時，發動機性能明顯下降。研究結果表明：綜合考慮燃油效率以及失速裕度，發動機轉速的最大變化范圍在15％左右[Wide SpeedRange Turboshaft Study[R]]。因此，為了在變旋翼轉速的同時，使渦軸發動機高效率工作，有必要應用可變傳動比變速機構。而研究結果表明：渦軸發動機結合可變傳動比變速機構是實現變旋翼轉速的最佳方案，可在實現旋翼轉速變化50％的同時，有利于獲得恒定的輸出功率和良好的燃油消耗特性[High Speed Rotorcraft Propulsion Concepts toControl Power/Speed Characteristics[C]]。

連續無級變速裝置作為可變傳動比變速機構的一種類型，可允許大范圍連續變速。缺點是基于牽引驅動或摩擦驅動，通過非正嚙合摩擦接觸傳遞動力，尺寸較大，效率較低。此外，傾轉旋翼機概念設計時，通常采用兩級變速傳動機構，高速比用于直升機模式，低速比用于渦槳飛機模式。然而，復雜換擋過程給飛行員增加了巨大的工作量，且換擋過程中功率大幅變化，容易損壞變速箱與傳動系統。相反，將多級變速箱與固定傳動比齒輪箱組合使用，可在特定范圍內，實現旋翼轉速的大范圍連續變化。基于此，陳國強研究了雙發直升機變旋翼轉速實現方案，根據預設的減速比，通過兩臺發動機交替變速，使得變轉速過程受控且有效[直升機/發動機實時優化控制規律與硬件平臺研究[D]]。然而，上述研究成果未針對多發情形，揭示系統的最優轉速，設計多級變速箱的最佳減速比，以降低渦軸發動機的燃油消耗，實現直升機/發動機系統綜合最優。因此，為了有效解決渦軸發動機輸出轉速變化范圍較大時，系統效率明顯下降的問題及實現多發配置下直升機/發動機系統最經濟運行，有必要開展面向多發配置的主旋翼變轉速控制方法研究。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于彌補現有技術的不足，結合多級變速裝置，提出一種面向多發配置的主旋翼變轉速控制方法，基于多發、多級變速裝置，可獲得更加優越的直升機/多發系統綜合性能。

本發明具體采用以下技術方案解決上述技術問題：

一種面向多發配置的主旋翼變轉速控制方法，通過各自經由一個多級變速裝置與旋翼軸連接的n臺發動機共同驅動主旋翼，n為不小于2的正整數；對所述n臺發動機及n個多級變速裝置進行以下的多發序列變速控制：