[发明专利]一种应用于共轴带推力桨高速直升机的配平操纵设计方法

说明书

本申请提供了一种应用于共轴带推力桨高速直升机的配平操纵设计方法，首先建立机体自由度平衡方程组，针对配平操纵的多轮迭代设计流程，采用6操纵量外加2个姿态角作为配平变量，从纵横向变量解耦、变量对平衡方程影响强弱分析、增加等式约束条件等角度，分别进行小速度段、过渡速度段以及大速度段的配平，在每一轮配平中进行变量与方程个数相等的配平，前一轮配平为后一轮配平提供必要的参数基础，逐级递进、检查修正，进行四轮计算后完成配平。本申请降低了计算时间，为配平操纵设计方法的工程化应用提供便利，提高了设计方法的实用价值。

技术领域

本发明属于直升机飞行力学技术领域，特别涉及一种应用于共轴带推力桨高速直升机的配平操纵设计方法。

背景技术

共轴高速直升机存在两副旋翼(可变转速)、尾推力桨、平垂尾等多个气动面，飞行包线覆盖0到约450km/h的速度范围。在中等速度和大速度段，直升机两副旋翼后行边卸载，而通过降低旋翼转速，主要利用其前行边在高速前飞中产生竖直方向的拉力，从而延缓了旋翼桨叶上的激波和失速对直升机起飞速度的限制。由于共轴高速直升机的升力和推进力产生方式与常规构型直升机存在很大差异，需要增加使用旋翼总距差动、周期变距差动和尾推力桨总距等操纵量，以解决常规构型直升机高速段需用功率过大和共轴刚性旋翼桨毂力矩过大等问题，达到高速飞行的目的。但这在解决上述问题的同时，又造成了操纵量过多、产生操纵冗余、难以通过传统方式配平直升机的问题。

国外从上世纪60年代开始，由西科斯基公司最早对前行桨叶概念(ABC)旋翼开展探索性工作，并于1973年实现了在XH-59A型号上的装机试飞，以喷气式辅助推进器的方式，使最大平飞速度达到了240节。但由于振动强、油耗高等一系列问题，导致该型号未被军方采购。在2005年以后，随着使用旋翼作为推力系统的X2型号设计试飞，共轴高速直升机再次成为研究热点。但公开材料中对飞行稳定性、操纵性的基础——平衡飞行的操纵设计方法却基本没有介绍，或仅采用了普通铰接式共轴双旋翼直升机的平衡操纵设计方法，配平速度范围不到300km/h，还不属于高速直升机的范畴。其操纵方法设计技术仍是6变量-6自由度的普通配平。

共轴高速直升机的配平操纵设计方法，涉及到多旋翼气动干扰、刚性桨叶动力学特性分析和考虑桨毂力矩、操纵系统、发动机功率等约束进行的多轮优化迭代等多项技术。首先要解决的是高计算量复杂技术的工程化应用和多项技术的综合应用次序问题。

发明内容

为了解决上述技术问题至少之一，本申请提供了一种应用于共轴带推力桨高速直升机的配平操纵设计方法，包括：

建立机体自由度平衡方程组，所述自由度平衡方程组包括直升机三个方向的合力及合力矩构成的六自由度平衡方程；

在0-A的小速度范围内，以直升机模式进行配平，所述直升机模式进行配平包括采用总距、差动总距、横向变距、纵向变距、俯仰角及滚转角6个变量以及采用所述六自由度平衡方程进行配平，获得小速度段配平值；

在A-B的过渡速度范围内，以直升机模式和推力桨模式分别进行配平，所述推力桨模式进行配平包括采用总距、差动总距、横向变距、推力桨总距、俯仰角及滚转角6个变量以及采用所述六自由度平衡方程进行配平，获取过渡速度段配平值；

计算在A-B的过渡速度范围内的直升机模式和推力桨模式配平时的需用功率，形成两条操纵模式变化线，将所述两条操纵模式变化线置于同一坐标系下，选取由功率值较小对应的操纵模式变化线的线段所组成的变化线所对应的配平值作为过渡段初始配平值；

确定在A-B的速度范围内，当旋翼桨毂俯仰力矩超过第一阈值时，基于直升机配平模式得到配平值，调整推力桨推力，在功率变化最小的情况下使所述旋翼桨毂俯仰力矩不高于所述第一阈值，获得最终的过渡段配平值；

在B以上的速度范围内，按推力桨模式进行配平，获得大速度段初始配平值；