[發明專利]一種基于葉片單元動量理論的螺旋槳建模方法

在審

• 申請號: 202210462273.2
• 申請日: 2022-04-28
• 公開（公告）號: CN114818336A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 樊偉;孫忠湖;江玲玲;何雙亮;葛文慶;毛玲陽;王新華
• 申請（專利權）人: 四川泛華航空儀表電器有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/28;G06F30/15;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 成都君合集專利代理事務所(普通合伙) 51228
• 代理人: 張鳴潔

1.一種基于葉片單元動量理論的螺旋槳建模方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1：通過葉片單元動量理論推導葉片單元的推力及力矩公式，然后利用迭代法更新葉片單元推力及力矩公式里的進氣比a和渦流系數b的數值，根據更新后的進氣比a和渦流系數b的數值計算坐式垂直起降飛機的飛機速度V對應的螺旋槳推力T和力矩Q；

步驟S2：根據多項式擬合方法獲取螺旋槳推力T以及飛機速度V的螺旋槳推力表達式F_p；

步驟S3：將螺旋槳推力公式帶入到牛頓歐拉公式中，得到螺旋槳的運動模型方程；

步驟S4：根據線性二次調節控制器對螺旋槳的運動模型進行控制，先將螺旋槳的運動模型方程分為軸向、縱向和側向三個狀態空間方程；對每個狀態空間方程通過最小化代價函數的方式獲得控制回路中的反饋增益矩陣，從而得到控制傳遞函數；通過控制傳遞函數，得到對應輸入的輸出，驗證螺旋槳運動模型的準確性和及時性，實現坐式垂直起降飛機模態轉換的控制目標。

2.根據權利要求1所述的一種基于葉片單元動量理論的螺旋槳建模方法，其特征在于，所述步驟S1包括：

步驟S11：預先設置進氣比a、渦流系數b及飛機速度V的初始值，并指定弦長c、葉片直徑D、轉速n、葉片數B、俯仰角θ和空氣密度ρ；

步驟S12：獲取葉片的軸向速度V₀的表達式、葉片的旋轉速度V_w的表達式、合速度V_R的表達式以及合速度夾角φ的表達式；

步驟S13：根據步驟S12的表達式計算葉片的迎角α；

步驟S14：計算升力系數C_l和阻力系數C_d；

步驟S15：計算進氣比a及渦流系數b的更新值；

步驟S16：計算所述進氣比a及渦流系數b的更新值與更新以前舊值的差值，判斷a及b的舊值和更新值之間的差值是否均在設定閾值范圍內，如果是，進入步驟S17；如果否，返回步驟S12；

步驟S17：計算螺旋槳的推力T和螺旋槳的扭矩Q。

3.根據權利要求2所述的一種基于葉片單元動量理論的螺旋槳建模方法，其特征在于，所述步驟S12包括：

所述葉片的軸向速度V₀的的表達式為V₀＝V(1+a)；

所述葉片的旋轉速度V_w的表達式為V_w＝2πn(1-b)r，其中，r為葉片半徑；

所述合速度V_R的表達式為

所述合速度夾角φ的表達式為其中J＝V/(nD)為進速比。

4.根據權利要求2所述的一種基于葉片單元動量理論的螺旋槳建模方法，其特征在于，所述步驟S13包括：

所述葉片的迎角α表示為α＝θ-φ，其中，θ為俯仰角。

5.根據權利要求2所述的一種基于葉片單元動量理論的螺旋槳建模方法，其特征在于，所述步驟S14包括：

升力系數C_l的表達式為C_l＝2π(α-α_L＝0)，α_L＝0為升力為0時的迎角；

阻力系數C_d的表達式為其中，AR為展弦比，C_d0為阻力系數。

6.根據權利要求2所述的一種基于葉片單元動量理論的螺旋槳建模方法，其特征在于，所述步驟S15包括：

根據葉片動量理論，葉片單元的推力表達式為葉片單元的扭矩計算表達式為

根據葉片單元理論，葉片單元的推力表達式為葉片單元的扭矩計算表達式為其中，B為葉片數量，c為弦長；

根據葉片單元理論和葉片動量理論公式結合，獲得進氣比a的表達式和渦流系數b的表達式，進氣比a的表達式為渦流系數b的表達式為其中，系數σ表示為σ＝(Bc)/(2πr)。