[发明专利]一种考虑飞行品质的直升机总体设计方法

摘要

本发明公开了一种考虑飞行品质的直升机总体设计方法，属于直升机设计技术领域。所述设计方法将任务科目基元对直升机位置和姿态的限制处理为其状态量的路径约束，以完成任务科目基元所需时间和操纵速率的时间历程积分为目标函数，建立了直升机机动飞行仿真的轨迹优化模型；以完成任务科目基元所需时间作为直升机飞行品质评估的量化值指标，并将其作为飞行品质约束加入到直升机总体设计框架中。应用本发明提供的设计方法可以在直升机研制初始阶段进行总体布局和确定设计参数时就考虑飞行品质，使之达到规范的要求；适用范围广，轨迹优化模型的目标函数充分体现了飞行品质的内在含义。

主权项

一种考虑飞行品质的直升机总体设计方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：第一步，根据任务需求，结合现有直升机数据库采用统计分析方法得到初步设计方案，选择直升机总体布局和结构参数作为设计变量，在初步设计方案基础之上选择±50％作为设计变量的上限和下限；第二步，建立直升机总体优化设计模型；以重量效率、需用功率指标作为目标函数，并在初步设计方案基础上增加以完成任务科目基元所需时间作为飞行品质约束，建立改善飞行品质的直升机总体优化设计模型；包括如下方法：首先根据直升机的预定使命选定需要试飞的任务科目基元，然后根据飞行品质规范中的定义设置路径约束，结合直升机高置信度飞行动力学模型以及由直升机性能转化得到的边界约束建立任务科目基元仿真的轨迹优化模型，最后采用现有的多重打靶、伪谱法或配点法求解该轨迹优化模型，得到完成任务科目基元的所需时间，作为飞行品质量化指标，所以完成该任务科目基元所需时间可以作为衡量直升机是否满足飞行品质规范的量化指标，应当满足下式：cm=tf(p)-tMTEtMTE≤0,m=1,2,...,M]]>式中tMTE为飞行品质规范中对所选MTE完成时间的限定值，M为待试飞任务科目基元的个数，tf(p)表示完成任务科目基元所需时间，其为直升机总体布局和结构参数的函数；所述的轨迹优化模型如下所示：目标函数：动力学方程约束：路径约束：g(x,u)≤0边界约束：xl≤x≤xu，ul≤u≤uu式中，x为直升机的状态量，包括位置、姿态角、速度、角速度变量；u为直升机的操纵量，包括主旋翼总距、纵横向周期变距和尾旋翼总距；p为直升机的总体布局和结构参数亦为直升机总体优化设计中的设计变量，包括旋翼桨叶半径、实度、桨尖速度、尾旋翼位置、安定面大小以及位置参数；为直升机的状态量一阶导数，t为时间变量，f为高置信度直升机非线性飞行动力学模型，g为任务科目基元转化得到的路径约束，tf为完成任务科目基元所需时间，为操纵速率，w为加权系数，上标T表示向量转置；xu,xl分别为状态量的上下限，uu,ul分别为直升机的操纵量的上下限；第三步，对得到的直升机总体优化设计模型进行求解，输出直升机最优的总体设计方案。