CN113002760A - 一种螺旋桨转速的自动控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种螺旋桨转速的自动控制方法，该自动控制方法包括：计算节风门的开度，确定节风门的开度区间；根据节风门的开度区间与螺旋桨的目标转速之间的对应关系，计算螺旋桨所需的当前目标转速；根据计算的当前目标转速，生成转速控制信号，并将转速控制信号发送到螺旋桨控制器；螺旋桨控制器控制螺旋桨的转速调节至当前目标转速。上述自动控制方法能够根据节风门的开度自动调节螺旋桨的转速，使飞行器在不同飞行工况下均能保证螺旋桨的工作效率处于最佳范围内。
Description
技术领域
本发明涉及飞行器技术领域，特别涉及一种螺旋桨转速的自动控制方法。
背景技术
在设置有螺旋桨的飞行器中，现有飞行器通常采用多档桨距变化进行螺旋桨桨距控制，以适应不同速度和高度的飞行，通过手动切换桨距档位，控制桨距电机对螺旋桨进行变桨距，通常在起飞、爬升、巡航时采用不同的固定档位进行飞行。对于常用的分档位控制桨距的方法，只能切换固定几个档位，即，螺旋桨仅有几个桨距角状态。飞行器在空中飞行时，随着飞行速度的变化，螺旋桨进距比也随之发生改变，使得其桨叶工作效率发生变化，因此在不同的飞行速度下，固定或分档位控制的螺旋桨桨距难以在所有工况下得到最高的螺旋桨效率。
发明内容
本发明提供了一种螺旋桨转速的自动控制方法，能够根据节风门的开度自动调节螺旋桨的转速，使飞行器在不同飞行工况下均能保证螺旋桨的工作效率处于最佳范围内。
为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种螺旋桨转速的自动控制方法，包括以下步骤：
计算节风门的开度，确定节风门的开度区间；
根据节风门的开度区间与螺旋桨的目标转速之间的对应关系，计算螺旋桨所需的当前目标转速；
根据计算的当前目标转速，生成转速控制信号，并将转速控制信号发送到螺旋桨控制器；
螺旋桨控制器控制螺旋桨的转速调节至当前目标转速。
更进一步地，根据发动机节风门控制指令计算节风门的开度。
更进一步地，发动机节风门控制指令由飞控计算机发送。
更进一步地，采用飞控计算机计算螺旋桨所需的当前目标转速。
更进一步地，在计算节风门的开度之前，还包括：
将节风门的开度范围分割成多个不同的开度区间。
更进一步地，在将节风门的开度范围分割成多个不同的开度区间和计算节风门的开度之间，还包括：
设定节风门的开度区间与螺旋桨的目标转速之间的对应关系。
更进一步地，在将节风门的开度范围分割成多个不同的开度区间的步骤中，在每相邻的两个开度区间之间均设置有一个空挡缓冲区间；
当节风门的开度范围从原开度区间进入空挡缓冲区间时，则螺旋桨保持与原开度区间对应的转速不变。
更进一步地，螺旋桨控制器通过控制桨距电机的螺旋桨桨距，将螺旋桨的转速调节至当前目标转速。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种螺旋桨转速的自动控制方法，通过节风门的开度作为输入量，根据节风门的开度区间与螺旋桨的目标转速之间的对应关系确定螺旋桨所需的当前目标转速，并将生成的转速控制信号发送到螺旋桨控制器，通过螺旋桨控制器调节螺旋桨的转速至当前目标转速，在调节螺旋桨转速的同时实现了螺旋桨桨距的自动调节，保证在不同飞行状态下将螺旋桨桨距角调整至最佳工作范围内，从而提高螺旋桨效率，提高推力和减少耗油，使螺旋桨在不同飞行状态下始终保持高效率，无需人工介入。
附图说明
图1为本发明提供的一种螺旋桨转速的自动控制方法的流程图；
图2为图1中自动控制方法的控制原理图。
其中，1-螺旋桨，2-螺旋桨控制器，3-桨距电机，4-飞控计算机
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了方便说明，对本发明中提到的一些名词的定义进行了解释。
螺旋桨进距比：螺旋桨前进速度与桨尖切向速度之比。
螺旋桨桨距：螺旋桨旋转一周360°飞行器向上或向前行走的距离(理论上的)。
桨距角(Pitch Angle)：也称节距角，螺旋桨桨叶的翼型弦线与参考面之间的夹角，一般取桨叶上固定某一截面的夹角作为控制使用的桨距角。
参考图1和图2，本发明实施例提供了一种螺旋桨转速的自动控制方法，具体包括以下步骤：
步骤S13，计算节风门的开度，确定节风门的开度区间；在计算节风门的开度时，可以根据发动机节风门控制指令计算节风门的开度，发动机节风门控制指令可以为由飞控计算机4发送的控制指令，并采用飞控计算机4计算螺旋桨1所需的当前目标转速；飞控计算机4为飞行控制系统的载体，是飞行器的重要组成部分，飞行控制系统的水平对飞行器的性能和安全起着决定性的作用；
步骤S14，根据节风门的开度区间与螺旋桨1的目标转速之间的对应关系，计算螺旋桨1所需的当前目标转速；节风门的开度区间与螺旋桨1的目标转速之间的对应关系可以为提前存储在飞控计算机4中的数据，并且可以针对不同的发动机设置不同的对应关系；下表1为针对某型号活塞发动机设置的节风门的开度区间与螺旋桨1的目标转速之间的具体对应关系表格，也就是当节风门的开度分别位于开度区间0～9％、10％～17％、20％～25％、35％～45％、55％～65％、75％～85％、95％～103％以及108％～115％时，螺旋桨1对应的目标转速分别为3500rpm、4000rpm、4300rpm、4500rpm、5000rpm、5200rpm、5400rpm以及5700rpm，例如：当节风门的开度为60％时，恰好处于55％～65％的开度区间内，此时，螺旋桨1所需的目标转速为5000rpm；
| 节风门开度区间(％) | 目标转速(rpm) |
| 108-115 | 5700 |
| 95-103 | 5400 |
| 75-85 | 5200 |
| 55-65 | 5000 |
| 35-45 | 4500 |
| 20-25 | 4300 |
| 10-17 | 4000 |
| 0-9 | 3500 |
表1节风门的开度区间与螺旋桨的目标转速之间的对应表
步骤S15，根据计算的当前目标转速，可由飞控计算机4生成转速控制信号，并将转速控制信号发送到螺旋桨控制器2；
步骤S16，螺旋桨控制器2控制螺旋桨1的转速调节至当前目标转速；在调节螺旋桨1的转速至当前目标转速的过程中，可以通过螺旋桨控制器2控制桨距电机3的螺旋桨桨距实现转速的调节，将螺旋桨1的转速调节至当前目标转速。
上述自动控制方法采用节风门的开度作为输入量，根据节风门的开度确定所处的开度区间，并根据节风门的开度区间与螺旋桨1的目标转速之间的对应关系确定螺旋桨1所需的当前目标转速，并将生成的转速控制信号发送到螺旋桨控制器2，通过螺旋桨控制器2调节螺旋桨1的转速至当前目标转速，由于螺旋桨1的转速与桨距之间的关系从而实现桨距电机3的螺旋桨桨距的自动控制，保证在不同飞行状态下螺旋桨桨距角始终处于合适的范围内，从而提高螺旋桨1效率，提高推力和减少耗油，使螺旋桨1在不同飞行状态下始终保持高效率，无需人工介入。
一种具体的实施方式中，螺旋桨转速的自动控制方法，具体可以包括以下步骤：
步骤S11，将节风门的开度范围分割成多个不同的开度区间；
步骤S13，计算节风门的开度，确定节风门的开度区间；在计算节风门的开度时，可以根据发动机节风门控制指令计算节风门的开度，发动机节风门控制指令可以为由飞控计算机4发送的控制指令，并采用飞控计算机4计算螺旋桨1所需的当前目标转速；飞控计算机4为飞行控制系统的载体，是飞行器的重要组成部分，飞行控制系统的水平对飞行器的性能和安全起着决定性的作用；
步骤S14，根据节风门的开度区间与螺旋桨1的目标转速之间的对应关系，计算螺旋桨1所需的当前目标转速；节风门的开度区间与螺旋桨1的目标转速之间的对应关系可以为提前存储在飞控计算机4中的数据，并且可以针对不同的发动机设置不同的对应关系；
步骤S15，根据计算的当前目标转速，可由飞控计算机4生成转速控制信号，并将转速控制信号发送到螺旋桨控制器2；
步骤S16，螺旋桨控制器2控制螺旋桨1的转速调节至当前目标转速。
更进一步地，在将节风门的开度范围分割成多个不同的开度区间的步骤中，在每相邻的两个开度区间之间均设置有一个空挡缓冲区间；
当节风门的开度范围从原开度区间进入空挡缓冲区间时，则螺旋桨1保持与原开度区间对应的转速不变。
在另一种具体的实施方式中，螺旋桨转速的自动控制方法还可以包括以下步骤：
步骤S11，将节风门的开度范围分割成多个不同的开度区间；
步骤S12，设定节风门的开度区间与螺旋桨1的目标转速之间的对应关系；对于不同设计的飞行器，可以根据其发动机、选配的螺旋桨1、以及飞行器的飞行需求，设定不同的节风门-转速对应关系，从而在不同飞行工况下，保证螺旋桨1的工作效率在最佳范围内；
步骤S13，计算节风门的开度，确定节风门的开度区间；在计算节风门的开度时，可以根据发动机节风门控制指令计算节风门的开度，发动机节风门控制指令可以为由飞控计算机4发送的控制指令，并采用飞控计算机4计算螺旋桨1所需的当前目标转速；飞控计算机4为飞行控制系统的载体，是飞行器的重要组成部分，飞行控制系统的水平对飞行器的性能和安全起着决定性的作用；
步骤S14，根据节风门的开度区间与螺旋桨1的目标转速之间的对应关系，计算螺旋桨1所需的当前目标转速；节风门的开度区间与螺旋桨1的目标转速之间的对应关系可以为提前存储在飞控计算机4中的数据，并且可以针对不同的发动机设置不同的对应关系；
步骤S15，根据计算的当前目标转速，可由飞控计算机4生成转速控制信号，并将转速控制信号发送到螺旋桨控制器2；
步骤S16，螺旋桨控制器2控制螺旋桨1的转速调节至当前目标转速。
在上述各种实施例的基础上，在将节风门的开度范围分割成多个不同的开度区间的步骤S11中，在每相邻的两个开度区间之间均设置有一个空挡缓冲区间；如表1所示，在设置的八个开度区间之间设置有七个空挡缓冲区间，分别为9％～10％、17％～20％、25％～35％、45％～55％、65％～75％、85％～95％以及103％～108％；
当节风门的开度范围从原开度区间进入空挡缓冲区间时，则螺旋桨1保持与原开度区间对应的转速不变；例如：当节风门的开度从40％变化为60％时，变化之前的开度为40％且位于开度区间35％～45％内，变化之后的开度为60％且位于开度区间55％～65％内，此时，螺旋桨1需要由当前的转速4500rpm调整到5000rpm；而节风门的开度从40％变化为50％时，变化之前的开度为40％且位于开度区间35％～45％内，变化之后的开度为50％且恰好位于开度区间35％～45％与55％～65％之间的空挡缓冲区间内，此时，螺旋桨1的转速不需要调节，继续保持当前的转速4500rpm。
由于在每个设定的节风门开度区间之间存在空挡缓冲区间，使得节风门在离开某个对应开度区间而未进入另一个设定的开度区间时，可以继续维持上一开度区间的转速控制信号，不进行变化，只有当节风门的开度进入另一个控制区间时，才会产生新的转速控制信号；通过在开度区间之间设置空挡缓冲区间，可以防止因节风门在某一区域频繁变动时导致的转速频繁调节，从而有利于保证螺旋桨1转速的稳定控制。
本发明实施例中提到的飞行器可以为飞机、无人机等具有螺旋桨1的在大气层内或大气层外空间(太空)飞行的器械。
显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种螺旋桨转速的自动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
计算节风门的开度，确定节风门的开度区间；
根据节风门的开度区间与螺旋桨的目标转速之间的对应关系，计算螺旋桨所需的当前目标转速；
根据计算的当前目标转速，生成转速控制信号，并将转速控制信号发送到螺旋桨控制器；
螺旋桨控制器控制螺旋桨的转速调节至当前目标转速。
2.根据权利要求1所述的自动控制方法，其特征在于，根据发动机节风门控制指令计算节风门的开度。
3.根据权利要求2所述的自动控制方法，其特征在于，发动机节风门控制指令由飞控计算机发送。
4.根据权利要求3所述的自动控制方法，其特征在于，采用飞控计算机计算螺旋桨所需的当前目标转速。
5.根据权利要求4所述的自动控制方法，其特征在于，在计算节风门的开度之前，还包括：
将节风门的开度范围分割成多个不同的开度区间。
6.根据权利要求5所述的自动控制方法，其特征在于，在将节风门的开度范围分割成多个不同的开度区间和计算节风门的开度之间，还包括：
设定节风门的开度区间与螺旋桨的目标转速之间的对应关系。
7.根据权利要求6所述的自动控制方法，其特征在于，在将节风门的开度范围分割成多个不同的开度区间的步骤中，在每相邻的两个开度区间之间均设置有一个空挡缓冲区间；
当节风门的开度范围从原开度区间进入空挡缓冲区间时，则螺旋桨保持与原开度区间对应的转速不变。
8.根据权利要求1-7任一项所述的自动控制方法，其特征在于，螺旋桨控制器通过控制桨距电机的螺旋桨桨距，将螺旋桨的转速调节至当前目标转速。
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