[发明专利]一种共轴多旋翼仿真方法及系统

说明书

本发明公开一种共轴多旋翼仿真方法及系统。该方法包括：将实时飞行参数和实时旋翼属性输入共轴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；根据诱导速度结合实时飞行参数计算各旋翼的推力；将推力代入飞行运动方程进行解算得到姿态和位置；根据各叶片挥舞角度和角加速度以及姿态和位置进行仿真；模型的建立过程：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单旋翼有限状态模型；根据单个旋翼在周围旋翼的诱导速度的影响下的载荷变化确定载荷公式；根据单旋翼有限状态模型以及载荷公式创建共轴N旋翼有限状态模型。本发明能够兼顾仿真精度和实时性。

技术领域

本发明涉及直升机仿真领域，特别是涉及一种共轴多旋翼仿真方法及系统。

背景技术

共轴多旋翼的推力和挥舞角实时计算是共轴多旋翼飞行仿真的重要环节之一，同时共轴多旋翼的推力也是共轴多旋翼直升机的主要动力源。共轴多旋翼的推力的实时计算具有较高的难度，主要表现为以下两点：

1、系统的强非线性

由于旋翼距离较近，流场存在强烈的相互干扰现象。每个旋翼入流将受到其他旋翼的上洗流或尾迹的影响，且影响强度随时间变化。每个旋翼由于入流的实时波动，将造成诱导流的波动，诱导流同时又会影响其他旋翼的入流。因此这种相互干扰是复杂的，同时也是双向的，具有很强的非线性特性。

2、旋翼尾迹的时滞性

旋翼桨尖涡流通过桨叶的旋转不断脱落流向旋翼下方，形成了涡流层，又被称为“尾迹”。由于尾迹的物理特性，计算旋翼下方诱导速度需要旋翼盘平面含时滞的混合诱导速度和混合伴随速度，以及旋翼盘上方混合诱导速度的信息。对于含时滞的混合伴随速度，每个仿真步长都需要对共轴多旋翼有限状态模型进行反向数值积分，加大了计算复杂度，大大降低了仿真时钟与实际时间的比值。

由于系统的强非线性和旋翼尾迹的时滞性的影响，共轴多旋翼的推力的计算存在精度和实时性难以兼顾的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种共轴多旋翼仿真方法及系统，兼顾仿真精度和实时性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种共轴多旋翼仿真方法，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；

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；

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。

可选的，所述单旋翼有限状态模型为