[发明专利]基于气动噪声监测的旋翼涡环状态自动预警系统及方法

说明书

本发明公开了基于气动噪声监测的旋翼涡环状态自动预警方法。该自动预警方法包括：获取麦克风采集的在下降或着陆飞行时机身的气动噪声信号，麦克风有多个，布置于直升机或倾转旋翼飞行器机身表面；对气动噪声信号进行频谱分析，得到气动噪声频域信号；滤除低频噪声信号，得到旋翼和尾桨的噪声频域信号并进行分离；对旋翼的气动噪声频域信号进行动态分析；当6～40倍旋翼桨叶通过频率对应的噪声声压级呈增长趋势时，向报警器发送旋翼已进入危险的涡环状态的告警指令。该发明能够更加便捷地实现在旋翼进入涡环状态的早期进行及时自动预警，保证直升机以及倾转旋翼飞行器在着陆时的安全。

技术领域

本发明涉及旋翼飞行器技术领域，特别是基于气动噪声监测的旋翼涡环状态自动预警系统及方法。

背景技术

旋翼垂直下降时进入涡环状态(Vortex Ring State，VRS)对直升机的安全性具有非常大的影响。据相关资料统计，仅1982年至1997年，因直升机在下降着陆时陷入涡环状态而导致的严重事故就多达42起。

倾转旋翼机同样会出现严重的涡环状态。2000年，一架美国海军陆战队V-22“鱼鹰”倾转旋翼机着陆时由于一侧旋翼陷入涡环状态，机身发生不可控横滚并迅速坠落，直接造成了19名乘员无一生还的惨剧。因此，探索涡环状态的预警方法，对保障旋翼飞行器的飞行安全具有重要的实际意义。

在过去的数十年间，国内外已经进行了一些关于旋翼垂直下降和涡环状态的试验，研究发现，旋翼处于深度涡环状态时，桨盘附近存在大尺度且高度不稳定的回流，这种回流会周期性地形成和破坏，与此同时，旋翼拉力、扭矩和辐射出的气动噪声信号也会发生显著的变化。

截至目前，一些学者提出了通过关注旋翼下降过程中的拉力平均波动幅值、座舱振动水平或是扭矩变化引起的机身异常航向摆动来对涡环状态进行告警的方法。这些方法主要存在以下缺点和不足：

1)旋翼拉力和扭矩的直接监测较为困难，旋翼拉力和扭矩的监测需要在桨叶上布置大量的应变片，实现起来较为复杂，同时会影响旋翼的性能。

2)尽管旋翼逐步进入涡环状态会伴随产生一定程度的振动，但是由于发动机运行带来的振动干扰，直升机或倾转旋翼机飞行员很难根据座舱的振动水平来较早地发现旋翼已经进入涡环状态，当驾驶员发现座舱振动水平显著提高时，旋翼可能已经陷于深度涡环状态。

发明内容

本发明的目的是提供了基于气动噪声监测的旋翼涡环状态自动预警系统及方法，能够更加便捷地实现在旋翼进入涡环状态的早期进行及时自动预警，保证直升机以及倾转旋翼飞行器在着陆时的安全。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

基于气动噪声监测的旋翼涡环状态自动预警方法，包括：

获取麦克风采集的在直升机或倾转旋翼飞行器下降或着陆飞行时机身的气动噪声信号，所述麦克风有多个，布置于直升机或倾转旋翼飞行器机身表面；

对所述气动噪声信号进行频谱分析，得到气动噪声频域信号；

滤除所述气动噪声频域信号中的低频噪声信号，得到旋翼和尾桨的噪声频域信号；

对所述旋翼和尾桨的噪声频域信号进行分离，分别得到旋翼的气动噪声频域信号以及尾桨的气动噪声频域信号；

对所述旋翼的气动噪声频域信号进行动态分析，得到旋翼各时间段对应的气动噪声频域信号声压级与旋翼桨叶通过频率的关系；

比较旋翼各时间段对应的气动噪声频域信号，当6～40倍旋翼桨叶通过频率对应的噪声声压级呈增长趋势时，向报警器发送旋翼已进入危险的涡环状态的告警指令。

可选的，所述获取麦克风采集的在直升机或倾转旋翼飞行器下降或着陆飞行时机身的气动噪声信号，具体包括：获取麦克风在直升机或倾转旋翼飞行器做下降或着陆飞行时动态采集的时域噪声信号。