[发明专利]一种共轴刚性双旋翼气动配平方法及系统

说明书

本发明公开了一种共轴刚性双旋翼气动配平方法及系统。所述方法包括：基于升力线斜率Kriging代理模型和阻力系数Kriging代理模型，采用动量叶素理论、尾迹叠加干扰模型及非均匀入流模型构建共轴刚性双旋翼前飞气动模型；采用共轴刚性双旋翼前飞气动模型和牛顿迭代法对共轴刚性双旋翼的前飞状态进行气动配平，得到共轴刚性双旋翼的初步配平气动性能和初步配平操纵量；以初步配平操纵量作为CFD求解器的初始输入，采用CFD求解器和牛顿迭代法对共轴刚性双旋翼的前飞状态进行迭代求解，直至达到配平状态。本发明能在不依赖试验数据与翼型数据库的情况下，提高配平精度和配平效率。

技术领域

本发明涉及共轴高速直升机的飞行控制与主旋翼设计领域，特别是涉及一种共轴刚性双旋翼气动配平方法及系统。

背景技术

共轴刚性双旋翼是当前直升机领域高速化发展趋势下的热门构型，主要通过前行桨叶概念的应用实现了对传统单旋翼带尾桨构型直升机的前飞速度的突破。由于拥有两副旋翼，操纵量比单旋翼增加一倍，操纵更加复杂。同时，共轴刚性双旋翼的典型工况为大速度前飞状态，而且其构型核心——前行桨叶概念——以升力偏置量的形式体现在旋翼的前飞气动性能中。在进行旋翼性能评估与高性能桨叶设计时，必须通过配平得到合适的操纵量，使旋翼在产生足够拉力的前提下，实现上下旋翼反扭距的相互抵消、并具有合适的升力偏置量。因此建立高效、高精度的配平方法对共轴刚性双旋翼的研究至关重要。

目前，针对共轴刚性双旋翼的气动配平主要有两种思路：一种是以CAMRAD II软件为代表的使用通过大量的试验测量数据修正后的尾迹模型进行配平计算；第二种是完全使用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics，CFD)求解器进行配平计算。由于国内直升机研究起步较晚，没有充足的旋翼试验数据(特别是共轴刚性双旋翼构型)来提供对简单气动模型的校正，因此这种方法不适用于目前国内的研究。鉴于旋翼CFD求解器的发展已经能够较为精确的评估共轴刚性旋翼的气动性能，完全使用CFD求解器方法进行配平具有较高的精度，但是配平过程中CFD求解器计算的全程参与十分消耗计算资源与时间。在这两种思路的基础上，还衍生出了简单气动模型与CFD求解器方法相结合的配平方法，即使用简单气动模型取代配平迭代过程中的部分CFD求解器计算。但是这种思路中的使用的简单气动模型是基于动量叶素理论建立的。虽然该气动模型十分高效，但是其精度建立在所储备的翼型数据库基础上。数据库必须包含大量翼型在广泛来流速度与迎角下的气动数据才能保证气动模型的准确度。而建立一个详实的翼型数据库则需要长期的积累。即使已经建立起较为充足的翼型数据库，在开展旋翼设计工作、配置不在翼型库中的新翼型时，依然需要在研究前期补充大量气动数据才能够满足配平过程中气动模型的使用，这不利于设计工作的开展，会对研究进度造成拖延。

由此可见，在共轴刚性双旋翼气动性能的研究中，尚未建立不依赖于大量数据库(试验数据或者翼型气动数据)的兼顾精度与效率的气动配平方法。

发明内容

基于此，有必要提供一种共轴刚性双旋翼气动配平方法及系统，以在不依赖试验数据与翼型数据库的情况下，提高配平精度和配平效率。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种共轴刚性双旋翼气动配平方法，包括：

构建共轴刚性双旋翼的典型剖面翼型的升力线斜率Kriging代理模型和阻力系数Kriging代理模型；

基于所述升力线斜率Kriging代理模型和所述阻力系数Kriging代理模型，采用动量叶素理论、尾迹叠加干扰模型及非均匀入流模型，构建共轴刚性双旋翼前飞气动模型；