本發(fā)明屬于直升機(jī)旋翼，具體涉及一種共軸雙旋翼的槳間距實(shí)時(shí)解算方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、共軸雙旋翼直升機(jī)為降低旋翼廢阻，減小了其上下旋翼之間的安裝間距，然而，較小的旋翼安裝間距，在復(fù)雜的飛行過程中存在槳葉碰撞的風(fēng)險(xiǎn)，危及飛行安全。為此，在飛行中需實(shí)時(shí)測(cè)量、監(jiān)控上下槳葉間的距離和變化趨勢(shì)并進(jìn)行有效控制，防止槳葉碰撞。

2、然而，關(guān)于槳尖位移響應(yīng)和槳間距問題涉及到飛行力學(xué)、旋翼動(dòng)力學(xué)等多個(gè)學(xué)科，直接對(duì)所有飛行狀態(tài)進(jìn)行精確的仿真分析計(jì)算可行性不高，因此在工程實(shí)踐中須進(jìn)行可靠的測(cè)量和監(jiān)控，以保證飛行安全。受限于旋翼的強(qiáng)離心力場(chǎng)、有限安裝空間及全機(jī)的高振動(dòng)環(huán)境等影響，在旋翼槳葉或者機(jī)體結(jié)構(gòu)上加裝雷達(dá)、光學(xué)測(cè)量等設(shè)備進(jìn)行槳葉位移響應(yīng)和槳間距測(cè)量的工程可行性、測(cè)量精度和測(cè)試數(shù)據(jù)可信度等方面均存在顯著缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提出一種基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算槳尖距的方法，通過剖面彎矩-結(jié)構(gòu)應(yīng)變-變形之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，解算上下旋翼在全周向所有方位角的槳葉變形及槳間距信息。

2、第一方面，本技術(shù)提供一種共軸雙旋翼的槳間距實(shí)時(shí)解算方法，所述方法包括：

3、步驟1：利用設(shè)計(jì)階段的分析計(jì)算信息，建立槳葉剖面彎矩載荷-結(jié)構(gòu)應(yīng)變-位移響應(yīng)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系；

4、步驟2：選取合適的槳葉剖面，根據(jù)飛行實(shí)測(cè)載荷數(shù)據(jù)和槳葉剖面彎矩載荷-結(jié)構(gòu)應(yīng)變-位移響應(yīng)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，求解槳尖r處的位移響應(yīng)；

5、步驟3：根據(jù)上下旋翼的槳葉剖面飛行實(shí)測(cè)載荷數(shù)據(jù)m(r,t)，分別計(jì)算上下旋翼的位移響應(yīng)；根據(jù)上下旋翼的位移響應(yīng)和上下旋翼靜態(tài)槳間距，計(jì)算上下旋翼的槳間距。

6、進(jìn)一步的，步驟1包括：

7、步驟11：建立槳葉在時(shí)刻t、展向位置x的揮舞方向位移響應(yīng)z(x，t)：

8、

9、上式中，γn為各階揮舞模態(tài)振型，qn為對(duì)應(yīng)的廣義模態(tài)位移；

10、步驟12：根據(jù)揮舞方向位移響應(yīng)z(x，t)，得到在時(shí)刻t、展向位置x的槳葉剖面彎矩載荷m(x，t)：

11、

12、其中，eiflap(x)為揮舞剛度、γ″n(x)為結(jié)構(gòu)應(yīng)變。

13、進(jìn)一步的，步驟2包括：

14、步驟21：選取合適槳葉剖面r的飛行實(shí)測(cè)載荷數(shù)據(jù)m(r,t)：

15、m(r，t)＝mb1(r)·q1(t)+mb2(r)·q2(t)+mb3(r)·q3(t)+…；

16、步驟22：計(jì)算槳尖r處的位移響應(yīng)z(r，t)：

17、z(r，t)＝γ1(r)·q1(t)+γ2(r)·q2(t)+γ3(r)·q3(t)+…；

18、步驟23：通過飛行實(shí)測(cè)載荷數(shù)據(jù)m(r,t)求得一階廣義模態(tài)位移q1(t)：

19、

20、步驟24：將q1(t)代入到位移響應(yīng)z(r，t)，求得槳尖r處的位移響應(yīng)；

21、

22、進(jìn)一步的，步驟2包括：

23、步驟21：選取展向位置坐標(biāo)分別為a、b、c三個(gè)槳葉剖面的飛行實(shí)測(cè)載荷數(shù)據(jù)：m(a,t)、m(b,t)和m(c,t)：

24、m(a，t)＝mb1(a)·q1(t)+mb2(a)·q2(t)+mb3(a)·q3(t)；

25、m(b，t)＝mb1(b)·q1(t)+mb2(b)·q2(t)+mb3(b)·q3(t)；

26、m(c，t)＝mb1(c)·q1(t)+mb2(c)·q2(t)+mb3(c)·q3(t)；

27、步驟22：聯(lián)立m(a,t)、m(b,t)和m(c,t)的方程組，求解得到q1(t)、q2(t)和q3(t)；

28、步驟23：將槳尖r處的位移響應(yīng)進(jìn)行三階截?cái)啵1(t)、q2(t)和q3(t)代入得到槳尖位移z(r，t)：

29、z(r，t)＝γ1(r)·q1(t)+γ2(r)·q2(t)+γ3(r)·q3(t)。

30、第二方面，本技術(shù)提供一種共軸雙旋翼的槳間距實(shí)時(shí)解算裝置，所述裝置包括數(shù)學(xué)關(guān)系建立單元、位移響應(yīng)計(jì)算單元和槳間距計(jì)算單元，其中：

31、數(shù)學(xué)關(guān)系建立單元，用于利用設(shè)計(jì)階段的分析計(jì)算信息，建立槳葉剖面彎矩載荷-結(jié)構(gòu)應(yīng)變-位移響應(yīng)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系；

32、位移響應(yīng)計(jì)算單元，用于選取合適的槳葉剖面，根據(jù)飛行實(shí)測(cè)載荷數(shù)據(jù)和槳葉剖面彎矩載荷-結(jié)構(gòu)應(yīng)變-位移響應(yīng)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，求解槳尖r處的位移響應(yīng)；

33、槳間距計(jì)算單元，用于根據(jù)上下旋翼的槳葉剖面飛行實(shí)測(cè)載荷數(shù)據(jù)m(r,t)，分別計(jì)算上下旋翼的位移響應(yīng)；根據(jù)上下旋翼的位移響應(yīng)和上下旋翼靜態(tài)槳間距，計(jì)算上下旋翼的槳間距。

34、進(jìn)一步的，數(shù)學(xué)關(guān)系建立單元具體用于：

35、建立槳葉在時(shí)刻t、展向位置x的揮舞方向位移響應(yīng)z(x，t)：

36、

37、上式中，γn為各階揮舞模態(tài)振型，qn為對(duì)應(yīng)的廣義模態(tài)位移；

38、根據(jù)揮舞方向位移響應(yīng)z(x，t)，得到在時(shí)刻t、展向位置x的槳葉剖面彎矩載荷m(x，t)：

39、

40、其中，elflap(x)為揮舞剛度、γ″n(x)為結(jié)構(gòu)應(yīng)變。

41、進(jìn)一步的，位移響應(yīng)計(jì)算單元具體用于：

42、選取合適槳葉剖面r的飛行實(shí)測(cè)載荷數(shù)據(jù)m(r,t)：

43、m(r，t)＝mb1(r)·q1(t)+mb2(r)·q2(t)+mb3(r)·q3(t)+…；

44、計(jì)算槳尖r處的位移響應(yīng)z(r，t)：

45、z(r，t)＝γ1(r)·q1(t)+γ2(r)·q2(t)+γ3(r)·q3(t)+…；

46、通過飛行實(shí)測(cè)載荷數(shù)據(jù)m(r,t)求得一階廣義模態(tài)位移q1(t)：

47、

48、將q1(t)代入到位移響應(yīng)z(r，t)，求得槳尖r處的位移響應(yīng)；

49、

50、進(jìn)一步的，位移響應(yīng)計(jì)算單元具體用于：

51、選取展向位置坐標(biāo)分別為a、b、c三個(gè)槳葉剖面的飛行實(shí)測(cè)載荷數(shù)據(jù)：m(a,t)、m(b,t)和m(c,t)：

52、m(a，t)＝mb1(a)·q1(t)+mb2(a)·q2(t)+mb3(a)·q3(t)；

53、m(b，t)＝mb1(b)·q1(t)+mb2(b)·q2(t)+mb3(b)·q3(t)；

54、m(c，t)＝mb1(c)·q1(t)+mb2(c)·q2(t)+mb3(c)·q3(t)；

55、聯(lián)立m(a,t)、m(b,t)和m(c,t)的方程組，求解得到q1(t)、q2(t)和q3(t)；

56、將槳尖r處的位移響應(yīng)進(jìn)行三階截?cái)?，并將q1(t)、q2(t)和q3(t)代入得到槳尖位移z(r，t)：

57、z(r,t)＝γ1(r)·q1(t)+γ2(r)·q2(t)+γ3(r)·q3(t)。

58、綜上所述，本技術(shù)提供一種共軸雙旋翼的槳間距實(shí)時(shí)解算方法，通過機(jī)上現(xiàn)有的實(shí)測(cè)槳葉載荷信息對(duì)飛行過程中的槳間距進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與測(cè)量，實(shí)現(xiàn)槳間距不足預(yù)警并為飛控/操縱提供參考信息，保障飛行安全。