[发明专利]一种共轴多旋翼仿真方法及系统

权利要求书

1.一种共轴多旋翼仿真方法，其特征在于，包括：

获取共轴多旋翼直升机的实时飞行参数和实时旋翼属性；

将所述实时飞行参数和所述实时旋翼属性输入预先建立的共轴N旋翼有限状态模型得到各个旋翼的诱导速度以及各叶片挥舞角度和角加速度；

根据所述诱导速度结合所述实时飞行参数计算所述共轴多旋翼直升机的各旋翼的推力；

将所述各旋翼的推力代入飞行运动方程进行解算得到所述共轴多旋翼直升机的姿态和位置；

根据所述各叶片挥舞角度和角加速度以及所述共轴多旋翼直升机的姿态和位置对所述共轴多旋翼进行仿真；

所述共轴N旋翼有限状态模型的建立过程为：

针对单个旋翼创建表达飞行参数、旋翼属性、诱导速度、各叶片分段升力、各叶片挥舞角度和角加速度之间关系的模型，得到单旋翼有限状态模型；

所述单旋翼有限状态模型为

其中，[M]＝[L]|_{尾迹倾斜角＝0}，

V_T为旋翼的合速度，为轴向平均诱导速度，R为旋翼半径；[M]为旋翼视在质量矩阵，[L]为入流影响矩阵，[D]为阻尼矩阵，[V]为入流矩阵，{a}为诱导速度状态，是{a}对时间求导；m，n，r，j均为整数，用以计算和表达矩阵和向量单个元素的位置，ds是旋翼盘面元，z是旋翼直角坐标系的z轴；ξ为入流流线，Φ为旋翼流场的压强势；τ为载荷；

根据单个旋翼在周围旋翼的诱导速度的影响下所产生的载荷的变化确定单个旋翼在多旋翼的影响下的载荷计算公式，得到载荷公式；

所述载荷公式为：

当m＝0，n＝m+1，m+3，…时，当m0，n＝m+1，m+3，…时，否则，式中J₀(x)为第一类贝塞尔函数，L_qj为旋翼桨叶q第j微元的分段升力

其中q为旋翼的桨叶编号，j为桨叶的分段编号；Ω为旋翼转速，μ和η_c分别为旋翼的进速比和爬升率，v_z(r_j)为旋翼第q片桨叶在微元段j处的轴向诱导速度，θ_j为第j段桨叶元的桨距，r_j为沿桨叶方向微元段j到旋翼中心的长度，ψ_q为第q个桨叶的方位角，β_q和分别为第q个桨叶的挥舞角和挥舞角速度；为第一类勒让德函数，ρ为空气密度，a_L为旋翼桨叶升力系数，c_j为旋翼桨叶微元端j的弦长；

根据单旋翼有限状态模型以及所述载荷公式创建共轴的N个旋翼的有限状态模型，得到所述共轴N旋翼有限状态模型；

所述共轴N旋翼有限状态模型为：

其中，[F_i]＝[D_i][V_i]^-1[L_i][M_i],i＝1,2...N，a为诱导速度状态变量，为a的时间导数，Δ为伴随诱导速度状态变量，为Δ的导数；上标1～N或下标1～N均表示旋翼编号。

2.一种共轴多旋翼仿真系统，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取共轴多旋翼直升机的实时飞行参数和实时旋翼属性；

输入模块，用于将所述实时飞行参数和所述实时旋翼属性输入预先建立的共轴N旋翼有限状态模型得到各个旋翼的诱导速度以及各叶片挥舞角度和角加速度；

推力计算模块，用于根据所述诱导速度结合所述实时飞行参数计算所述共轴多旋翼直升机的各旋翼的推力；

姿态位置解算模块，用于将所述各旋翼的推力代入飞行运动方程进行解算得到所述共轴多旋翼直升机的姿态和位置；

仿真模块，用于根据所述各叶片挥舞角度和角加速度以及所述共轴多旋翼直升机的姿态和位置对所述共轴多旋翼进行仿真；

模型建立模块，用于建立所述共轴N旋翼有限状态模型；

所述模型建立模块包括：

单旋翼有限状态模型创建单元，用于针对单个旋翼创建表达飞行参数、旋翼属性、诱导速度、各叶片分段升力、各叶片挥舞角度和角加速度之间关系的模型，得到单旋翼有限状态模型；

所述单旋翼有限状态模型为

其中，[M]＝[L]|_{尾迹倾斜角＝0}，V_T为旋翼的合速度，为轴向平均诱导速度，R为旋翼半径；[M]为旋翼视在质量矩阵，[L]为入流影响矩阵，[D]为阻尼矩阵，[V]为入流矩阵，{a}为诱导速度状态，是{a}对时间求导；m，n，r，j均为整数，用以计算和表达矩阵和向量单个元素的位置，ds是旋翼盘面元，z是旋翼直角坐标系的z轴；ξ为入流流线，Φ为旋翼流场的压强势；τ为载荷；

载荷公式计算单元，用于根据单个旋翼在周围旋翼的诱导速度的影响下所产生的载荷的变化确定单个旋翼在多旋翼的影响下的载荷计算公式，得到载荷公式；

所述载荷公式为：

当m＝0，n＝m+1，m+3，…时，当m0，n＝m+1，m+3，…时，否则，式中J₀(x)为第一类贝塞尔函数，L_qj为旋翼桨叶q第j微元的分段升力

其中q为旋翼的桨叶编号，j为桨叶的分段编号；Ω为旋翼转速，μ和η_c分别为旋翼的进速比和爬升率，v_z(r_j)为旋翼第q片桨叶在微元段j处的轴向诱导速度，θ_j为第j段桨叶元的桨距，r_j为沿桨叶方向微元段j到旋翼中心的长度，ψ_q为第q个桨叶的方位角，β_q和分别为第q个桨叶的挥舞角和挥舞角速度；为第一类勒让德函数，ρ为空气密度，a_L为旋翼桨叶升力系数，c_j为旋翼桨叶微元端j的弦长；

共轴N旋翼有限状态模型创建单元，用于根据单旋翼有限状态模型以及所述载荷公式创建共轴的N个旋翼的有限状态模型，得到所述共轴N旋翼有限状态模型；

所述共轴N旋翼有限状态模型为：

其中，[F_i]＝[D_i][V_i]^-1[L_i][M_i],i＝1,2...N，a为诱导速度状态变量，为a的时间导数，Δ为伴随诱导速度状态变量，为Δ的导数；上标1～N或下标1～N均表示旋翼编号。