[发明专利]一种求解直升机尾桨卡滞后安全着陆过程的数值仿真方法

权利要求书

1.一种求解直升机尾桨卡滞后安全着陆过程的数值仿真方法，其特征在于，包括步骤如下：

(1)建立适用于计算直升机尾桨卡滞后安全着陆过程的增广飞行动力学模型；

(2)将直升机发生尾桨卡滞后的安全着陆过程转化为一种非线性动态规划问题；

(3)设计数值优化算法对上述步骤(2)中的非线性动态规划问题进行求解，得到直升机发生尾桨卡滞后的安全着陆过程。

2.根据权利要求1所述的求解直升机尾桨卡滞后安全着陆过程的数值仿真方法，其特征在于，所述步骤(1)中增广飞行动力学模型包含：基本直升机飞行动力学模型、自转着陆过程发动机出轴功率以及旋翼转速自由度的微分方程、控制量微分方程。

3.根据权利要求2所述的求解直升机尾桨卡滞后安全着陆过程的数值仿真方法，其特征在于，所述基本直升机飞行动力学模型表示为以下一阶微分方程的形式：

式中：x_c为状态变量，包含了体轴系速度u,v,w，角速度p,q,r，滚转、俯仰和偏航姿态角θ,ψ以及水平位移x、侧向位移y和垂直高度h；u_c为控制变量，包含了旋翼桨根总距θ₀，纵向周期变距θ_s，横向周期变距θ_c和尾桨总距θ_t；t为时间。

4.根据权利要求2所述的求解直升机尾桨卡滞后安全着陆过程的数值仿真方法，其特征在于，直升机发生小尾桨距卡滞时，采用常规着陆的方式或在最后着陆阶段关闭发动机，并进行自转着陆；此时需要在飞行动力学模型中加入发动机出轴功率以及旋翼转速自由度的微分方程：

式中：P_E为发动机出轴功率；Ω为旋翼转速；t_R为发动机响应时间常数；P_M，P_T分别为旋翼和尾桨的需用功率；η为直升机传动效率因子；I_M,I_T分别为旋翼和尾桨的转动惯量；k为旋翼转速与尾桨转速的比例因子。

5.根据权利要求2所述的求解直升机尾桨卡滞后安全着陆过程的数值仿真方法，其特征在于，使用操纵量θ₀,θ_s和θ_c的一阶导数作为新的控制变量，则操纵量视为状态变量的一部分，对应的控制量微分方程为：

6.根据权利要求1所述的求解直升机尾桨卡滞后安全着陆过程的数值仿真方法，其特征在于，所述步骤(2)中的非线性动态规划问题具体包含：优化变量、性能指标和约束方程。

7.根据权利要求6所述的求解直升机尾桨卡滞后安全着陆过程的数值仿真方法，其特征在于，所述优化变量为建立的增广飞行动力学模型中的状态向量，控制向量和飞行结束时刻。

8.根据权利要求6所述的求解直升机尾桨卡滞后安全着陆过程的数值仿真方法，其特征在于，所述性能指标定义为：

式中：

其中：分别为末端时刻地轴系下前飞速度、侧向速度和上升率；t₀和t_f分别为初始时刻以及末端时刻；u_0max,u_smax,u_cmax分别为控制量最大值；φ_max,θ_max,ψ_max分别为整个着陆过程中设置的最大滚转角、俯仰角和偏航角；w_t,w_v,w₁～w₆为常数权因子。