[发明专利]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

说明书

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。

技术领域

本发明涉及直升机领域，特别是涉及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。

背景技术

旋翼/机翼复合推力构型直升机，该构型直升机如图1所示。

在垂直起降、悬停移动飞行时，旋翼在发动机带动下作主升力面和姿态操纵面，前飞过渡飞行时，随着飞行速度增加，机翼逐步产生升力，为旋翼卸载，同时降低旋翼的总距和桨盘迎角，待达到一定速度时，旋翼转速降低，直至高速前飞模式下的设定值。

它具有旋翼和固定翼两套升力系统以及相应的操纵机构。在垂直起降，悬停和低速飞行状态下，通过总距，横纵向周期变距操纵。在高速飞行状态下，通过副翼，升降舵和螺旋桨桨距操纵。这样既发挥了直升机在垂直起降，悬停，低速下的良好气动特性，又同时具备了固定翼飞机在高速状态的高升阻比特性。

该构型直升机螺旋桨的功能是提供直升机的前向拉力，平衡主旋翼的反扭矩以及差动操纵控制航向运动。

通过纵向通道配平研究，发现在悬停和低速阶段，一侧螺旋桨的拉力为负值，另一侧为正值，随着前飞速度的增加，两侧螺旋桨拉力均为正值，但是初始拉力为负值的螺旋桨，由于拉力变化幅度大，依靠常规经验设计的螺旋桨效率较低，大速度前飞状态下的效率基本上只维持在40％左右，单个螺旋桨需用功率过大。

该型式螺旋桨的特点是产生拉力的变化幅度范围大，需要同时满足不同工况下拉力的需求，所以有必要针对螺旋桨进行气动优化设计。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够解决针对复合推力构型直升机两侧推进螺旋桨工作效率较低问题的方法及系统，以提高该构型直升机两侧推进螺旋桨的工作效率，从而进一步提升其飞行性能。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种针对复合推力构型直升机两侧推进螺旋桨的几何参数优化方法，所述方法包括：

获取复合推力构型直升机两侧推进螺旋桨的相关几何参数和工作参数；

建立螺旋桨气动设计优化模型，该模型包括：

201)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。

202)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。

在方法设计时，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。其中，悬停状态为0.3，巡航速度状态为0.5，最大前飞速度状态为0.2。

203)在模型中设置两个约束条件，其一为拉力需求条件，机体两侧的螺旋桨需要满足各自前向拉力的需求。其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。

优化方法：

301)确定螺旋桨几何参数；

螺旋桨直径的确定方法为:

其中，Ma_R,k表示桨尖马赫数临界值，V表示前飞速度，n_s表示螺旋桨转速。