[发明专利]一种针对复合推力构型直升机的飞行动力学建模方法

说明书

本发明公开的一种针对复合推力构型直升机的飞行动力学建模方法，该方法包括：获取复合推力构型直升机的相关几何参数和工作参数；确定当前直升机的飞行状态及操纵量初值；建立各部件气动力模型；求解全机合外力及合力矩；通过判定全机合力及合力矩是否为零来决定更新操纵量或输出相应的配平结果；该方法以干扰因子的方式耦合直升机部件之间的气动干扰特性，并将其考虑到复合推力构型直升机的飞行动力学模型中，从而达到提高直升机飞行特性计算精度，缩短气动布局设计周期的目的。本发明提供的方法及系统，可以较为快速便捷的解决复合推力构型直升机在不同飞行状态下的飞行动力学模型配平计算问题。

技术领域

本发明涉及直升机总体设计技术领域，具体涉及一种针对复合推力构型直升机的飞行动力学建模方法，可以应用于针对复合推力构型直升机概念和初步设计阶段的直升机气动布局设计。

背景技术

旋翼/机翼复合推力构型直升机，其构型直升机如图1所示，该种直升机全机气动布局设计是总体设计中的主要内容之一，它包括直升机各部件的气动外形、参数和相对位置的确定。

直升机是否具有良好的飞行特性(包括配平特性、稳定性、操纵性及飞行性能等)在很大程度上决定于气动布局，因此气动布局设计在直升机总体设计中处于核心地位，而气动布局设计过程中建立准确的全机飞行动力学模型是关键。

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。相比与普通单旋翼带尾桨直升机，旋翼/机翼复合推力构型直升机在建立飞行动力学模型时，重点考虑机翼和螺旋桨的气动建模，同时还在机翼，平尾中增加了操纵舵面的气动力模块。另外由于设计方案中采用倒V 型平垂尾，故在飞行动力学模型中简化为双垂尾加平尾，同时带有升降舵。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够针对复合推力构型直升机建立准确的飞行动力学模型的方法及系统，以为该种直升机进行精确的飞行特性分析提供支持。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种复合推力构型直升机的飞行动力学建模方法，所述方法包括：

获取复合推力构型直升机的相关几何参数和工作参数；

确定复合推力构型直升机的应用坐标系；

504)旋翼气动力建模：旋翼气动力建模采用Pitt和Peters动态入流模型该模型考虑了诱导速度在桨盘上的不均匀分布，以及其随旋翼气动力变化的滞后效应，使得旋翼的气动载荷(拉力，俯仰力矩和滚转力矩)同旋翼的诱导速度的瞬态变化联系起来。

该构型直升机选用无铰式刚性旋翼，故在旋翼气动力建模时，把无铰旋翼用一等效的铰接式旋翼代替，选择挥舞铰偏置量与相匹配，在铰上置一扭簧来提供刚度，以考虑刚性旋翼等效的挥舞效应。

最后，给出旋翼对于机体重心的气动力和力矩。

505)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。给出螺旋桨对于机体重心的气动力和力矩。

506)机翼气动力建模：对于旋翼和大展弦比机翼组合式直升机，由于两侧附加了副翼，副翼的差动偏转对左右机翼的影响是不一致的，故建模时分开处理。