一种变旋翼转速直升机的控制方法及控制装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111731471A(43)申请公布日2020.10.02(21)申请号202010636602.1(22)申请日2020.07.03(71)申请人南京航空航天大学地址210000江苏省南京市江宁区将军大道29号(72)发明人汪勇彭晔榕宋劼张海波(74)专利代理机构北京德崇智捷知识产权代理有限公司11467代理人杨楠(51)Int.Cl.B64C19/00(2006.01)B64C27/12(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图5页(54)发明名称一种变旋翼转速直升机的控制方法及控制装置(57)摘要本发明公开了一种变旋翼转速直升机的控制方法，所述变旋翼转速直升机具有连续无级变速传动机构以及动力涡轮转速可变的涡轴发动机；首先根据大气环境、前飞速度、旋翼转速计算出直升机需求功率；然后根据所述直升机需求功率计算涡轴发动机在一定动力涡轮转速条件下的发动机性能参数；最后，以所述发动机性能参数作为初猜值，以变速分配因子为优化变量，对所述变旋翼转速直升机的直升机/发动机综合系统性能计算模型进行优化求解，并按照求解得到的最优变速分配因子对连续无级变速传动机构和动力涡轮进行控制。本发明还公开了一种变旋翼转速直升机的控制装置。本发明可同时获得最优旋翼转速及动力涡轮转速，显著改善直升机/发动机系统的综合性能。CN111731471ACN111731471A权利要求书1/2页1.一种变旋翼转速直升机的控制方法，所述变旋翼转速直升机具有连续无级变速传动机构以及动力涡轮转速可变的涡轴发动机；其特征在于，首先根据大气环境、前飞速度、旋翼转速计算出直升机需求功率；然后根据所述直升机需求功率计算涡轴发动机在一定动力涡轮转速条件下的发动机性能参数；最后，以所述发动机性能参数作为初猜值，以变速分配因子nFRT、nCVT为优化变量，对所述变旋翼转速直升机的直升机/发动机综合系统性能计算模型进行优化求解，并按照求解得到的最优变速分配因子对连续无级变速传动机构和动力涡轮进行控制，其中，变速分配因子nFRT表示动力涡轮相对于设计点100％转速的变速比，变速分配因子nCVT表示连续无级变速传动机构的减速比。2.如权利要求1所述变旋翼转速直升机的控制方法，其特征在于，所述优化求解是以发动机燃油消耗最低为优化目标。3.如权利要求1所述变旋翼转速直升机的控制方法，其特征在于，所述优化求解的约束条件包括：涡轴发动机不超转、不进喘、不超温，输出扭矩不超限；主旋翼的桨叶载荷满足最优桨叶载荷操作边界约束；变速分配因子nFRT、nCVT在预设的变化范围内。4.如权利要求1所述变旋翼转速直升机的控制方法，其特征在于，使用以下的简化模型计算直升机需求功率Ph：Ph＝Pmr+PtrPmr＝Pi+Po+Pp其中，Pmr、Ptr分别表示旋翼需求功率、尾桨需求功率；Pi、Po、Pp分别表示旋翼诱导功率、型阻功率以及废阻功率；表示尾桨诱导速度；CD0、Nmr、Ntr、Rtr分别表示尾桨叶片平均截面阻力系数、尾桨叶片面积、旋翼转速、尾桨转速与尾桨半径；ρ表示大气密度；Ttr表示尾桨拉力；L表示主旋翼轴与尾桨轴之间的距离。5.如权利要求1所述变旋翼转速直升机的控制方法，其特征在于，使用序列二次规划算法进行优化求解。6.一种变旋翼转速直升机的控制装置，所述变旋翼转速直升机具有连续无级变速传动机构以及动力涡轮转速可变的涡轴发动机；其特征在于，该控制装置包括：涡轴发动机性能计算模型，用于根据大气环境、前飞速度、旋翼转速计算出直升机需求功率；直升机需求功率性能计算模型，用于根据涡轴发动机性能计算模型输出的直升机需求功率计算涡轴发动机在一定动力涡轮转速条件下的发动机性能参数；优化算法模型，用于以所述发动机性能参数作为初猜值，以变速分配因子nFRT、nCVT为优化变量，对所述变旋翼转速直升机的直升机/发动机综合系统性能计算模型进行优化求解，并按照求解得到的最优变速分配因子对连续无级变速传动机构和动力涡轮进行控制，其中，变速分配因子nFRT表示动力涡轮相对于设计点100％转速的变速比，变速分配因子nCVT表示连续无级变速传动机构的减速比。7.如权利要求6所述变旋翼转速直升机的控制装置，其特征在于，所述优化求解是以发2CN111731471A权利要求书2/2页动机燃油消耗最低为优化目标。8.如权利要求6所述变旋翼转速直升机的控制装置，其特征在于，所述优化求解的约束条件包括：涡轴发动机不超转、不进喘、不超温，输出扭矩不超限；主旋翼的桨叶载荷满足最优桨叶载荷操作边界约束；变速分配因子nFRT、nCVT在预设的变化范围内。9.如权利要求6所述变旋翼转速直升机的控制装置，其特征在于，直升机需求功率性能计算模型使用以下的简化模型计算直升机需求功率P