CN110641691B - 一种共轴对转螺旋桨推进系统控制方法 - Google Patents
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Abstract
本专利通过对对转螺旋桨系统效率离线优化数据库的构建和优化，并在此基础上结合在线优化算法实时解算出使得对转螺旋桨推进系统综合效率最优的转速和标称桨距角，最后由转速闭环控制微调桨距角以满足实际飞行工况。该专利在保证对转螺旋桨推进系统总体效率最优的基础上，提高了实时性，更容易提升对转螺旋桨推进系统控制的实时性。
Description
技术领域
本发明属于螺旋桨控制领域，具体为一种共轴对转螺旋桨推进系统控制方法。
背景技术
共轴对转螺旋桨推进系统主要由两只共轴对转并可独立控制总距的螺旋桨和发动机系统组成。共轴对转螺旋桨的前后桨叶相互影响机理及耦合规律十分复杂，前后桨叶的桨距匹配不但影响螺旋桨系统气动效率和发动机的燃油效率，桨间的周期性气动载荷还会造成桨叶疲劳，长时飞行有可能造成桨叶断裂的后果。因而对两桨叶的桨距匹配和控制系统执行的准确性和实时性要求非常严格。目前适用于传统螺旋桨推进系统的在线优化控制方法，因其计算量大，难以保证实时性，应用于共轴对转螺旋桨推进系统控制的前景十分有限。
本专利通过对对转螺旋桨系统效率离线优化数据库的构建和优化，并在此基础上结合在线优化算法实时解算出使得对转螺旋桨推进系统综合效率最优的转速和标称桨距角，最后由转速闭环控制微调桨距角以满足实际飞行工况。该专利在保证对转螺旋桨推进系统总体效率最优的基础上，提高了实时性，更容易提升对转螺旋桨推进系统控制的实时性。
发明内容
发明目的：为了解决共轴对转螺旋桨推进系统中对转桨和发动机综合效率最优控制的同时难以保证控制系统的实时性问题，提出一种基于离线优化数据库与在线实时效率寻优相结合的共轴对转螺旋桨推进系统控制方法。
技术方案：
第一方面，用数值模拟计算，也可采用地面试验结果，构建对转桨效率和推力关于前进比、前桨距角和后桨距角的离线数据库一；利用试验数据，构建发动机效率关于扭矩和转速的离线数据库二；将离线数据库一和离线数据库二存储于飞行器机载控制系统中；
所述方法用于在线搜索，构建该数据库的方法将CFD计算和地面试验结合，求出不同推进比下，使得对转桨效率最优的前桨距角-后桨距角关系，并将所述的对转桨效率、推力关于前进比、前桨距角和后桨距角的离线数据库储存在控制器中；
第二方面，提供一种基于在线优化对转螺旋桨推进系统总体效率的对转螺旋桨桨距角控制方法：
根据所述推进系统的当前状态及其状态参数，所述状态参数包括飞行速度，飞行高度信息；依据当前飞行速度和推进系统拉力需求以及离线数据库三，采用神经网络优化算法在线寻优，寻优的终止条件为发动机效率与螺旋桨效率的乘积达到最大，输出发动机转速作为推进系统输出值，计算得到的螺旋桨前桨距角和后桨距角作为推进系统控制的标称值；
最后通过飞行器飞行速度闭环反馈，计算出螺旋桨需求的桨距角增量，将螺旋桨桨距角增量与前桨距和后桨距角标称值相加之和作为螺旋桨桨距角输出指令值输出。
有益技术效果
本发明具有算法精确、且实时性高、工程实用价值高等优点，可用于高速直升机推进系统的在线优化控制问题，解决了对转螺旋桨和发动机在全飞行包线内的可靠性和工作效率。
具体实施方案
技术方案：
(1)构建对转桨效率和推力关于前进比、前桨距角和后桨距角的离线数据库一
用数值模拟计算，也可采用地面试验结果，构建对转桨效率和推力关于前进比、前桨距角和后桨距角的离线数据库一；利用试验数据，构建发动机效率关于扭矩和转速的离线数据库二；将离线数据库一和离线数据库二存储于飞行器机载控制系统中；
(2)明确不同推进比下，使得对转桨效率最优的前桨距角-后桨距角的关系
所述方法用于在线搜索，构建该数据库的方法将CFD计算和地面试验结合，求出不同推进比下，使得对转桨效率最优的前桨距角-后桨距角关系，并将所述的对转桨效率、推力关于前进比、前桨距角和后桨距角的离线数据库三储存在控制器中；
(3)解算螺旋桨前桨距和后桨距角作为推进系统控制的标称值
根据所述推进系统的当前状态及其状态参数，所述状态参数包括飞行速度，飞行高度信息；依据当前飞行速度和推进系统拉力需求以及离线数据库三，采用神经网络优化算法在线寻优，寻优的终止条件为发动机效率与螺旋桨效率的乘积达到最大，输出发动机转速作为推进系统输出值，计算得到的螺旋桨前桨距角和后桨距角作为推进系统控制的标称值；
(4)解算飞行器飞行速度闭环反馈的螺旋桨桨距角调节增量
通过飞行器飞行速度闭环反馈，计算出螺旋桨需求的桨距角增量，将螺旋桨桨距角增量与前桨距和后桨距角标称值相加之和作为螺旋桨桨距角输出指令值输出。
Claims (2)
1.一种共轴对转螺旋桨推进系统控制方法，其特征在于，包括：
利用数值模拟计算，也可采用地面试验结果，构建对转桨效率和推力关于前进比、前桨距角和后桨距角的离线数据库一；
利用试验数据，构建发动机效率关于扭矩和转速的离线数据库二；
将离线数据库一和离线数据库二存储于飞行器机载控制系统中；
根据当前飞行器状态参数，通过飞行器动力学模型求解当前飞行速度下推进系统的拉力需求；
依据当前飞行速度和推进系统拉力需求以及离线数据库一和离线数据库二，采用神经网络优化算法在线寻优，寻优的终止条件为发动机效率与螺旋桨效率的乘积达到最大，输出发动机转速作为推进系统输出值，计算得到的螺旋桨前桨距角和后桨距角作为推进系统控制的标称值；
最后通过飞行器飞行速度闭环反馈，计算出螺旋桨需求的桨距角增量，将螺旋桨前桨距角标称值和后桨距角标称值分别与桨距角增量相加之和，作为螺旋桨桨距角输出指令值输出。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于神经网络优化算法和离线数据库一求解不同前进比对应的最优前桨距角和后桨距角，从而得到离线数据库三；
将离线数据库二和离线数据库三存储于飞行器机载控制系统中；
依据当前飞行速度和推进系统拉力需求以及离线数据库三，采用神经网络优化算法在线寻优，寻优的终止条件为发动机效率与螺旋桨效率的乘积达到最大，输出发动机转速作为推进系统输出值，计算得到的螺旋桨前桨距角和后桨距角作为推进系统控制的标称值；
最后通过飞行器飞行速度闭环反馈，计算出螺旋桨需求的桨距角增量，将螺旋桨前桨距角标称值和后桨距角标称值分别与桨距角增量相加之和，作为螺旋桨桨距角输出指令值输出。
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