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原文传递一种针对复合推力构型直升机的两侧推进螺旋桨优化方法

专利名称：	一种针对复合推力构型直升机的两侧推进螺旋桨优化方法
摘要：	本发明公开一种针对复合推力构型直升机的两侧推进螺旋桨优化方法，该方法包括：输入预设的螺旋桨几何参数、建立两侧螺旋桨的气动力模型，通过引入pointer算法，分别计算悬停状态、巡航状态以及最大速度前飞状态下螺旋桨的需用功率，然后通过在合理范围内改变几何参数，搜寻满足两个约束条件的参数点，在完成预设计算步数后，输出搜集点中功率最小点时的几何参数。本发明提供的方法及系统，可以较为便捷的解决复合推力构型直升机两侧推进螺旋桨在不同飞行状态下的工作效率较低问题，从而进一步提升其飞行性能。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	南京航空航天大学
发明人：	刘晓昕;林李李;李建波
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-29T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-05T00:00:00+0800
申请号：	CN201910251284.4
公开号：	CN109969425A
代理机构：	江苏圣典律师事务所
代理人：	贺翔
分类号：	B64F5/00(2017.01);B;B64;B64F;B64F5
申请人地址：	210016 江苏省南京市秦淮区御道街29号
主权项：	1.一种针对复合推力构型直升机两侧推进螺旋桨的优化方法，其特征在于，所述方法首先获取复合推力构型直升机两侧推进螺旋桨的几何参数和工作参数，然后基于建立螺旋桨气动设计优化模型；该过程具体包括以下步骤：第一步，确定优化模型中的优化变量，螺旋桨气动设计优化变量包括转速、螺距、实度和梢根比；第二步，确定优化模型中的优化目标，优化目标为：以螺旋桨工作效率最高；以悬停状态、巡航速度和最大前飞速度下三个点螺旋桨工作效率最大作为目标函数，给每个状态点分配一权重系数；第三步，在模型中设置两个约束条件，第一为拉力需求条件，机体两侧的螺旋桨需要满足各自前向拉力的需求，第二为反扭矩需求条件，螺旋桨产生的合力矩需要满足旋翼反扭矩的需要。 2.根据权利要求1所述的一种针对复合推力构型直升机两侧推进螺旋桨的优化方法，其特征在于，所述获取两侧螺旋桨的几何参数及其工作参数的过程具体为：首先，确定螺旋桨直径: 其中，MaR,k表示桨尖马赫数临界值，V表示前飞速度，ns表示螺旋桨转速，通过设定桨尖马赫数的要求，求出螺旋桨直径；其次，螺旋桨桨叶数目的确定由所需要的气动特性、效率及实度决定；桨叶翼型要求叶素在尽量大的速度范围和攻角范围内都有较高的升阻比和较稳定的气动力；桨叶平面形状对于大功率发动机带动的高速螺旋桨，根据气流特征，从而更好地吸收发动机功率，采用矩形或扇形桨叶；最后，螺旋桨的螺距根据实际模型中由力的平衡为基础，计算后得出。 3.根据权利要求1所述的一种针对复合推力构型直升机两侧推进螺旋桨的优化方法，其特征在于，所述根据所述目标函数，确定不同飞行状态下螺旋桨功率需用功率最小，并找到相对应的几何参数值，具体包括：通过优化算法，获得所述目标函数的最优解；所述最优解为功率库中最小功率值所对应的几何参数值。 4.根据权利要求1至3任一项所述的一种针对复合推力构型直升机两侧推进螺旋桨的优化方法，其特征在于，所述优化方法包括以下步骤： 301)确定螺旋桨几何参数； 302)建立螺旋桨气动力模型：螺旋桨气动力建模：旋翼为右旋，悬停状态左侧螺旋桨提供正拉力，右侧螺旋桨提供负拉力以平衡反扭矩；螺旋桨气动力计算采用动量-叶素组合理论；根据所求的螺旋桨前向拉力求出此时的左右螺旋桨的桨矩，并根据桨矩求出两个螺旋桨的扭矩； 303)通过引入pointer算法，针对悬停状态螺旋桨的需用功率、巡航状态螺旋桨的需用功率以及最大平飞速度状态下的螺旋桨需用功率进行计算； 304)每通过步骤303)计算一次，判断是否达到预设步数；若未达到预设步数，首先判断螺旋桨各功率计算结果是否满足约束要求；若不满足，则修改螺旋桨几何参数，返回步骤301),重新计算；若满足，则收集该参数点，再修改螺旋桨几何参数，返回步骤301),重新计算；若达到预设步数，执行：在所有收集点中搜寻螺旋桨需用功率最小时所对应的参数点； 308)输出该螺旋桨几何参数点，结束运算。 5.根据权利要求4所述的一种针对复合推力构型直升机两侧推进螺旋桨的优化方法，其特征在于，悬停状态下螺旋桨需用功率通过计算旋翼的反扭矩得到每个螺旋桨的拉力，求出螺旋桨相应的扭矩再计算得到每个螺旋桨相应的功率： P＝M·ω 其中，MaR,k表示桨尖马赫数临界值，V表示前飞速度，ns表示螺旋桨转速；前飞状态下螺旋桨需用功率通过计算旋翼的反扭矩和前飞时的全机阻力每个螺旋桨的拉力，得到螺旋桨相应的扭矩再计算得到每个螺旋桨相应的功率。 6.根据权利要求4所述的一种针对复合推力构型直升机两侧推进螺旋桨的优化方法，其特征在于，螺旋桨需用功率计算模块包括：悬停状态，下螺旋桨需用功率通过计算旋翼的反扭矩得到每个螺旋桨的拉力，求出螺旋桨相应的扭矩再计算得到每个螺旋桨相应的功率。前飞状态，根据旋翼需用功率得到旋翼反扭矩，由机翼承担的升力和直升机前飞速度计算此时机身和机翼前飞时产生的阻力及其迎角，由机身和机翼前飞时产生的阻力和旋翼的反扭矩得到此时螺旋桨共同作用产生的前向拉力，根据动量叶素理论方法计算螺旋桨的需用功率。 7.根据权利要求6所述的一种针对复合推力构型直升机两侧推进螺旋桨的优化方法，其特征在于，通过优化算法，获得所述目标函数的最优解；所述最优解为功率库中最小功率值所对应的螺旋桨几何参数中所包含在优化变量中的参数。
所属类别：	发明专利