CN113548179B - 面向多发配置的主旋翼变转速控制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种面向多发配置的主旋翼变转速控制方法。本发明考虑到动力涡轮的效率仅能在相对较窄的转速范围内获得最优，结合多台涡轴发动机与多级变速装置，基于数值最优化方法，设定合适的超越离合器通断逻辑，有序连接或断开涡轴发动机与旋翼轴；从而通过协调多台发动机共同工作，减小动力涡轮转速变化范围的同时，实现大范围变旋翼转速控制。本发明还公开了一种面向多发配置的主旋翼变转速控制装置。相比现有技术，本发明可在减小动力涡轮转速变化范围的同时，实现大范围变旋翼转速控制，进而获得更加优越的直升机/多发系统综合性能。

Description

面向多发配置的主旋翼变转速控制方法及装置
技术领域
本发明涉及一种面向多发配置的主旋翼变转速控制方法，属于航空宇航推进理论与工程中的系统控制、优化与仿真技术领域。
背景技术
近年来，新一代高速直升机相继试飞成功，再一次证实了变旋翼转速技术的可行性与优越性。除了有利于提升直升机的飞行速度外，变旋翼转速技术在减小燃油消耗、降低噪声以及改善直升机经济性运行方面均可发挥积极的作用[Integrated Methodology forthe Prediction of Helicopter Rotor Noise at Mission Level[J]]。可以预见的是，变旋翼转速技术将成为各国持续发展以实现直升机/发动机综合系统最经济、最环保运行的关键技术。
为了确保安全可靠的运行，直升机通常配备有多台发动机，如阿帕奇和黑鹰直升机由两台T700涡轮轴发动机驱动，而EH-101配备三台涡轴发动机。多发并车时，需平衡扭矩，以使得每台发动机均分负载。与此同时，在每台发动机的输出轴通过小减速比齿轮箱、超越离合器与主齿轮箱相连。超越离合器是一种机械启动装置，只允许动力涡轮驱动主旋翼。由此容易想到是通过改变动力涡轮转速来实现变旋翼转速，然而不幸的是，涡轴发动机通常围绕设计点转速设计，当动力涡轮转速变化过大时，发动机性能明显下降。研究结果表明：综合考虑燃油效率以及失速裕度，发动机转速的最大变化范围在15％左右[Wide SpeedRange Turboshaft Study[R]]。因此，为了在变旋翼转速的同时，使涡轴发动机高效率工作，有必要应用可变传动比变速机构。而研究结果表明：涡轴发动机结合可变传动比变速机构是实现变旋翼转速的最佳方案，可在实现旋翼转速变化50％的同时，有利于获得恒定的输出功率和良好的燃油消耗特性[High Speed Rotorcraft Propulsion Concepts toControl Power/Speed Characteristics[C]]。
连续无级变速装置作为可变传动比变速机构的一种类型，可允许大范围连续变速。缺点是基于牵引驱动或摩擦驱动，通过非正啮合摩擦接触传递动力，尺寸较大，效率较低。此外，倾转旋翼机概念设计时，通常采用两级变速传动机构，高速比用于直升机模式，低速比用于涡桨飞机模式。然而，复杂换挡过程给飞行员增加了巨大的工作量，且换挡过程中功率大幅变化，容易损坏变速箱与传动系统。相反，将多级变速箱与固定传动比齿轮箱组合使用，可在特定范围内，实现旋翼转速的大范围连续变化。基于此，陈国强研究了双发直升机变旋翼转速实现方案，根据预设的减速比，通过两台发动机交替变速，使得变转速过程受控且有效[直升机/发动机实时优化控制规律与硬件平台研究[D]]。然而，上述研究成果未针对多发情形，揭示系统的最优转速，设计多级变速箱的最佳减速比，以降低涡轴发动机的燃油消耗，实现直升机/发动机系统综合最优。因此，为了有效解决涡轴发动机输出转速变化范围较大时，系统效率明显下降的问题及实现多发配置下直升机/发动机系统最经济运行，有必要开展面向多发配置的主旋翼变转速控制方法研究。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于弥补现有技术的不足，结合多级变速装置，提出一种面向多发配置的主旋翼变转速控制方法，基于多发、多级变速装置，可获得更加优越的直升机/多发系统综合性能。
本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
一种面向多发配置的主旋翼变转速控制方法，通过各自经由一个多级变速装置与旋翼轴连接的n台发动机共同驱动主旋翼，n为不小于2的正整数；对所述n台发动机及n个多级变速装置进行以下的多发序列变速控制：
正常飞行时，所述n台发动机与旋翼轴连接，均分直升机需求功率；
当需要主旋翼变转速时，第2～第n台发动机逐步增大输出扭矩，与此同时第1台发动机逐步减小输出扭矩直至与旋翼轴脱开；
在第2～第n台发动机共同驱动主旋翼的过程中，第1台发动机的多级变速装置进行第1次变减速比；
当第n台发动机的输出转速到达第1个预设值时，第3～第n台发动机逐步增大输出扭矩，与此同时第2台发动机逐步减小输出扭矩直至与旋翼轴脱开；
在第3～第n台发动机共同驱动主旋翼的过程中，第1台发动机的多级变速装置进行第2次变减速比，第2台发动机的多级变速装置进行第1次变减速比；
……，当第n台发动机输出转速到达第n-1个预设值时，第1台发动机逐步增大输出扭矩直至与旋翼轴连接，之后第n台发动机逐步减小输出扭矩直至与旋翼轴脱开；
在第1台发动机单独驱动主旋翼的过程中，第2台发动机的多级变速装置进行第n-1次变减速比，第3台发动机的多级变速装置进行第n-2次变减速比，…，第n台发动机的多级变速装置进行第1次变减速比；
当第1台发动机的输出转速到达第1个预设值时，第2台发动机逐步增加输出扭矩直至与旋翼轴连接；
在第1台与第2台发动机共同驱动主旋翼的过程中，第3台发动机的多级变速装置进行第n-1次变减速比，第4台发动机的多级变速装置进行第n-2次变减速比，…，第n台发动机的多级变速装置进行第2次变减速比；
……，当第1台发动机的输出转速到达第n-1个预设值时，第n台发动机逐步增加输出扭矩直至与旋翼轴连接；
n台发动机与旋翼轴再次全部连接，均分直升机需求功率，多发序列变速控制过程结束。
优选地，发动机每次的变速比与多级变速装置每次变传动比相同，均为N0；N0的值具体通过求解带有以下约束条件的带约束优化问题得到：
Figure GDA0003533748960000031
Ωmr＝np·(N0)n-1·(N0)n-1
pnp＝100·(N0)n-1
其中，n为发动机的数目；Ωmr为旋翼转速；np为动力涡轮转速；pnp为动力涡轮相对转速，单位是％；pnc、T45与Tqe分别为燃气涡轮相对转速、动力涡轮出口气体总温及发动机输出扭矩；下标min、max分别表示预设的最小值、最大值。
进一步优选地，所述带约束优化问题以发动机燃油消耗最低为优化目标。
进一步优选地，使用可行性序列二次优化算法求解所述带约束优化问题。
进一步优选地，N0,min、N0,max的值分别为0.45、1.1。
基于同一发明构思还可以得到以下技术方案：
一种面向多发配置的主旋翼变转速控制装置，通过各自经由一个多级变速装置与旋翼轴连接的n台发动机共同驱动主旋翼，n为不小于2的正整数；该装置包括多发序列变速控制算法模块，用于对所述n台发动机及n个多级变速装置进行以下的多发序列变速控制：
正常飞行时，所述n台发动机与旋翼轴连接，均分直升机需求功率；
当需要主旋翼变转速时，第2～第n台发动机逐步增大输出扭矩，与此同时第1台发动机逐步减小输出扭矩直至与旋翼轴脱开；
在第2～第n台发动机共同驱动主旋翼的过程中，第1台发动机的多级变速装置进行第1次变减速比；
当第n台发动机的输出转速到达第1个预设值时，第3～第n台发动机逐步增大输出扭矩，与此同时第2台发动机逐步减小输出扭矩直至与旋翼轴脱开；
在第3～第n台发动机共同驱动主旋翼的过程中，第1台发动机的多级变速装置进行第2次变减速比，第2台发动机的多级变速装置进行第1次变减速比；
……，当第n台发动机输出转速到达第n-1个预设值时，第1台发动机逐步增大输出扭矩直至与旋翼轴连接，之后第n台发动机逐步减小输出扭矩直至与旋翼轴脱开；
在第1台发动机单独驱动主旋翼的过程中，第2台发动机的多级变速装置进行第n-1次变减速比，第3台发动机的多级变速装置进行第n-2次变减速比，…，第n台发动机的多级变速装置进行第1次变减速比；
当第1台发动机的输出转速到达第1个预设值时，第2台发动机逐步增加输出扭矩直至与旋翼轴连接；
在第1台与第2台发动机共同驱动主旋翼的过程中，第3台发动机的多级变速装置进行第n-1次变减速比，第4台发动机的多级变速装置进行第n-2次变减速比，…，第n台发动机的多级变速装置进行第2次变减速比；
……，当第1台发动机的输出转速到达第n-1个预设值时，第n台发动机逐步增加输出扭矩直至与旋翼轴连接；
n台发动机与旋翼轴再次全部连接，均分直升机需求功率，多发序列变速控制过程结束。
优选地，发动机每次的变速比与多级变速装置每次变传动比相同，均为N0；N0的值具体通过求解带有以下约束条件的带约束优化问题得到：
Figure GDA0003533748960000041
Ωmr＝np·(N0)n-1·(N0)n-1
pnp＝100·(N0)n-1
其中，n为发动机的数目；Ωmr为旋翼转速；np为动力涡轮转速；pnp为动力涡轮相对转速，单位是％；pnc、T45与Tqe分别为燃气涡轮相对转速、动力涡轮出口气体总温及发动机输出扭矩；下标min、max分别表示预设的最小值、最大值。
进一步优选地，所述带约束优化问题以发动机燃油消耗最低为优化目标。
进一步优选地，使用可行性序列二次优化算法求解所述带约束优化问题。
进一步优选地，N0,min、N0,max的值分别为0.45、1.1。
相比现有技术，本发明技术方案具有以下有益效果：
本发明兼顾了多台涡轴发动机与多级变速装置，可避免两级变速装置在变速换挡过程中传动功率大幅变化，容易损坏变速箱与传动系统的可能。此外，可在动力涡轮转速变化范围较窄的前提下，实现大范围连续变旋翼转速，有利于维持动力涡轮的高工作效率。
附图说明
图1是本发明主旋翼变转速控制装置一个具体实施例的控制结构框图；
图2是主旋翼相对转速与多级变速装置输出转速变化曲线对比图；
图3是动力涡轮相对转速变化曲线对比图；
图4是燃油流量变化曲线对比图；
图5是燃气涡轮相对转速变化曲线对比图；
图6是动力涡轮出口温度变化曲线图；
图7是发动机输出扭矩变化曲线对比图；
图8是发动机输出功率变化曲线对比图；
图9是压气机喘振裕度变化曲线对比图。
具体实施方式
针对现有技术不足，本发明考虑到动力涡轮的效率仅能在相对较窄的转速范围内获得最优，结合多台涡轴发动机与多级变速装置，基于数值最优化方法，设定合适的超越离合器通断逻辑，有序连接或断开涡轴发动机与旋翼轴；从而通过协调多台发动机共同工作，减小动力涡轮转速变化范围的同时，实现大范围变旋翼转速控制。
具体而言，本发明面向多发配置的主旋翼变转速控制方法，通过各自经由一个多级变速装置与旋翼轴连接的n台发动机共同驱动主旋翼，n为不小于2的正整数；对所述n台发动机及n个多级变速装置进行以下的多发序列变速控制：
正常飞行时，所述n台发动机与旋翼轴连接，均分直升机需求功率；
当需要主旋翼变转速时，第2～第n台发动机逐步增大输出扭矩，与此同时第1台发动机逐步减小输出扭矩直至与旋翼轴脱开；
在第2～第n台发动机共同驱动主旋翼的过程中，第1台发动机的多级变速装置进行第1次变减速比；
当第n台发动机的输出转速到达第1个预设值时，第3～第n台发动机逐步增大输出扭矩，与此同时第2台发动机逐步减小输出扭矩直至与旋翼轴脱开；
在第3～第n台发动机共同驱动主旋翼的过程中，第1台发动机的多级变速装置进行第2次变减速比，第2台发动机的多级变速装置进行第1次变减速比；
……，当第n台发动机输出转速到达第n-1个预设值时，第1台发动机逐步增大输出扭矩直至与旋翼轴连接，之后第n台发动机逐步减小输出扭矩直至与旋翼轴脱开；
在第1台发动机单独驱动主旋翼的过程中，第2台发动机的多级变速装置进行第n-1次变减速比，第3台发动机的多级变速装置进行第n-2次变减速比，…，第n台发动机的多级变速装置进行第1次变减速比；
当第1台发动机的输出转速到达第1个预设值时，第2台发动机逐步增加输出扭矩直至与旋翼轴连接；
在第1台与第2台发动机共同驱动主旋翼的过程中，第3台发动机的多级变速装置进行第n-1次变减速比，第4台发动机的多级变速装置进行第n-2次变减速比，…，第n台发动机的多级变速装置进行第2次变减速比；
……，当第1台发动机的输出转速到达第n-1个预设值时，第n台发动机逐步增加输出扭矩直至与旋翼轴连接；
n台发动机与旋翼轴再次全部连接，均分直升机需求功率，多发序列变速控制过程结束。
基于以上多发序列变速控制算法，可进一步以发动机燃油消耗最低或动力涡轮出口温度最低或尾喷管出口温度最低等为优化目标，进行最优转速综合优化，以达到最经济运行、最可靠运行或最隐身运行的目的。结合上述多发序列变速控制算法可知，n台涡轴发动机配置下，发动机需经历n-1次变动力涡轮速；而多级变速齿轮箱需完成n-1次变传动比。且考虑到只有当多级变速装置输出转速与旋翼转速存在少量重叠时，才允许执行序列变速控制算法，为此本发明特引入优化变量N0，代表发动机每次的变速比与多级变速装置每次变传动比，用于多发序列变速控制。由此可得带有以下约束条件的带约束优化问题：
Figure GDA0003533748960000071
Ωmr＝np·(N0)n-1·(N0)n-1
pnp＝100·(N0)n-1
其中，n为发动机的数目；Ωmr为旋翼转速；np为动力涡轮转速；pnp为动力涡轮相对转速，单位是％；pnc、T45与Tqe分别为燃气涡轮相对转速、动力涡轮出口气体总温及发动机输出扭矩；下标min、max分别表示预设的最小值、最大值。
所述带约束优化问题的优化目标函数可采用最小燃油流量、动力涡轮出口温度最低或尾喷管出口温度最低等等优化目标函数。
该带约束优化问题可使用序列二次优化算法、粒子群算法等现有各种算法进行求解；优选通过可行性序列二次优化算法求解所述带约束优化问题。
为了便于公众理解，下面通过三发配置作为具体实施例，并结合附图来对本发明的技术方案进行详细说明：
如图1所示，本实施例中面向多发配置的主旋翼变转速控制装置主要由多发序列变速控制算法与基于多发、多级变速装置的最优转速综合优化方法2个部分组成，其中基于多发、多级变速装置的最优转速综合优化方法又包括直升机需求功率计算模型、涡轴发动机性能计算模型及基于最小燃油流量的多发最优转速优化方法三部分。三发配置下，发动机数目n等于3。实时优化控制过程中，直升机需求功率计算模型与涡轴发动机性能计算模型根据给定飞行状态计算获得燃气涡轮相对转速、燃油流量、动力涡轮出口温度等关键性能参数。基于最小燃油流量的多发最优转速优化方法在确保满足各项约束限制的前提下，通过求解目标函数，输出最优的N0，并传递至多发序列变速控制算法；多发序列变速控制算法在线设计动力涡轮变速轨迹，实时更新动力涡轮转速参考指令与多级变速装置的传动比。
下面对其中的各主要部分进行进一步详细说明：
1)多发序列变速控制算法：
当直升机由三发驱动时，每台发动机的气动热力学计算流程一致。不同之处在于：由于三台发动机需共同驱动主旋翼。基于此，本发明通过协调三台涡轴发动机共同工作，在减小动力涡轮转速变化范围的同时，实现大范围变旋翼转速控制。本实施例中的三发序列变速控制算法具体如下：
Figure GDA0003533748960000081
2)基于多发、多级变速装置的最优转速综合优化方法
首先建立直升机需求功率计算模型，通常情况下，直升机的需求功率由旋翼需求功率、尾桨需求功率以及附件需求功率三部分组成。而附件需求功率是指发电机、液压泵及冷却风扇等所消耗的功率，一般比较小，因此这里暂不考虑这部分功率。
旋翼需求功率Pmr一般包括平飞功率Pl、诱导功率Pi、型阻功率Pxp与垂直功率Pz。其中，平飞功率主要是用于克服直升机在水平飞行时作用在机身上的气动阻力，也叫废阻力，表达式如下：
Figure GDA0003533748960000091
式中，ρ为空气密度；vx是直升机平飞速度；(∑CXS)为直升机迎风废阻组合系数，可根据气动手册获得其估算值，并由最大平飞速度进行校正。
考虑到直升机悬停时，前飞速度为0，此时诱导速度趋于无穷大，这是不符合实际的。基于此，对诱导速度进行修正，可得诱导功率表达如下。悬停时直升机的拉力等于自身的重力G。
Figure GDA0003533748960000092
其中，α为旋翼迎角。
型阻功率主要由旋翼产生的拉力和旋翼桨叶的升阻特性决定，表达式如下：
Figure GDA0003533748960000093
式中，σ为旋翼实度；ξ为叶端损失系数。μ是前进比，Ωmr代表旋翼转速，k0取1.05。垂直功率只在直升机爬升、下落时产生，用于改变直升机重力势能。
Pz＝Gvz (4)
对于单旋翼带尾桨直升机而言，在平飞时，尾桨需求功率Ptr主要由型阻功率和诱导功率组成，若出现侧滑或侧风，还应考虑其影响。为了求解尾桨需求功率，首先需计算尾桨拉力Ttr。
Figure GDA0003533748960000094
式中，Myf代表偏航力矩，正负号由Pmr/Ωmr与Myf的方向决定；同向相加，反向相减。Lxtr为尾桨中心距直升机重心的距离。
基于式(5)所示的尾桨拉力，结合式(2)、(3)，可计算获得尾桨需求功率。
对于涡轴发动机性能计算模型而言，首先根据部件特性采用物理机理的方法建立各部件气动热力学数学模型。此外，为了模拟各部件共同工作过程，涡轴发动机性能计算模型还需满足燃气涡轮、动力涡轮进口流量连续、尾喷口出口压力平衡、燃气涡轮与压气机、动力涡轮与外部负载的功率平衡。多发配置下，每台涡轴发动机均分负载功率，由此可得平衡方程如下所示。
Figure GDA0003533748960000101
其中，Pgt、Pc分别代表燃气涡轮输出功率、压气机消耗功率。ηc、ηgear是燃气涡轮、动力涡轮功率传递的机械效率。
Figure GDA0003533748960000102
分别为燃气涡轮进口相似、换算流量，
Figure GDA0003533748960000103
Figure GDA0003533748960000104
代表动力涡轮进口相似、换算流量，pt′8尾喷管出口总压。为了求解上述的平衡方程，这里采用Newton-Raphson法进行迭代求解。选取压气机相对转速pnc、燃油流量Wfb、燃气涡轮进口相似流量、动力涡轮进口相似流量以及压比系数zc作为初猜值。
基于直升机需求功率计算模型与涡轴发动机性能计算模型所输出的参数，以发动机燃油消耗最低为优化目标，进行最优转速综合优化，以达到最经济运行目的。由上述多发序列变速控制算法可知，3台涡轴发动机配置下，发动机需经历2次变动力涡轮速；而多级变速齿轮箱需完成2次变传动比。这里令发动机每次的变速比与多级变速齿轮箱每次变传动比保持一致，均为N0。由此可得优化问题如下：
Figure GDA0003533748960000105
式中，优化变量为N0，N0,min、N0,max的值分别为0.45、1.1；Wfb为发动机燃油流量；n为发动机的数目；Ωmr为旋翼转速；np为动力涡轮转速；pnp为动力涡轮相对转速，单位是％；pnc、T45与Tqe分别为燃气涡轮相对转速、动力涡轮出口气体总温及发动机输出扭矩；下标min、max分别表示预设的最小值、最大值。
求解这类优化问题的方法有很多，这里采用可行性序列二次规划算法(FSQP)进行求解。
为了验证上述技术方案的效果，在飞行高度H＝1000m、前飞速度指令vx＝20m/s的飞行条件下进行面向多发配置的最优转速优化控制结果仿真验证，并与涡轴发动机100％设计点转速控制效果作对比，结果如图2-图9所示，图中纵坐标均相对于设计点数值作了归一化处理。
由图2可知，面向多发配置的最优转速优化控制方法可使旋翼转速连续变化12.5％左右；6s后，主旋翼工作于最优转速。而如图3所示，进行100％设计点转速控制时，发动机#1、2、3的动力涡轮转速变化规律一致。相反，采用面向多发配置的最优转速进行优化控制时，当t<3s，三台涡轴发动机均分负载。而t＝3时，基于多发、多级变速装置的最优转速综合优化方法启动，以发动机燃油消耗最低为优化目标，获得最优的N0并输入至SSC算法，设计变速轨迹：3-3.6s之间，发动机#1输出端扭矩逐渐(如图7所示)减小至脱离；主旋翼由发动机#2、3驱动。t＝3.6s时，发动机#2、3的动力涡轮转速沿着特定的斜率降低至97％左右，完成第一次变动力涡轮转速。与此同时，多级变速装置#1切换齿轮箱，完成第二次变减速比。随后，发动机#2脱离，多级变速装置#3切换齿轮箱，完成第一次变减速比；主旋翼仅由发动机#3单独驱动。当主旋翼转速与多级变速装置#1输出转速接近时(如图2所示)，发动机#3输出端扭矩逐渐减小至脱离；主旋翼由发动机#1单独驱动，当t＝4.87s时，发动机#2再次接入，完成第二次变动力涡轮转速。t＝5.52s时，主旋翼转速接近多级变速装置#3的输出转速，发动机#3陆续接入，三台涡轴发动机再次均分负载。相比于固定传动比而言，多级变速装置的引入，使得动力涡轮转速变化不超过8％的同时，实现主旋翼转速连续变化12％以上。由图4可知，相比于100％设计点转速控制，面向多发配置的最优转速优化控制方法可使发动机燃油流量降低12.9％，有利于实现三发配置下直升机/发动机综合系统最经济、最环保运行。值得庆幸的是，在序列变速过程中，燃气涡轮转速(图5)、动力涡轮出口温度(图6)以及发动机输出扭矩(图7)均未超限。而如图9所示，相较于100％设计点转速控制，7s后，面向多发配置的最优转速优化控制方法获得的压气机喘振裕度基本一致，说明巡航状态下，最优转速运行基本不影响压气机的喘振裕度，进一步证实了最优转速控制方法可在不损失发动机安全性的前提下，获得更加优越的直升机/多发系统综合性能。

Claims (10)

1.一种面向多发配置的主旋翼变转速控制方法，通过各自经由一个多级变速装置与旋翼轴连接的n台发动机共同驱动主旋翼，n为不小于2的正整数；其特征在于，对所述n台发动机及n个多级变速装置进行以下的多发序列变速控制：
正常飞行时，所述n台发动机与旋翼轴连接，均分直升机需求功率；
当需要主旋翼变转速时，第2～第n台发动机逐步增大输出扭矩，与此同时第1台发动机逐步减小输出扭矩直至与旋翼轴脱开；
在第2～第n台发动机共同驱动主旋翼的过程中，第1台发动机的多级变速装置进行第1次变减速比；
当第n台发动机的输出转速到达第1个预设值时，第3～第n台发动机逐步增大输出扭矩，与此同时第2台发动机逐步减小输出扭矩直至与旋翼轴脱开；
在第3～第n台发动机共同驱动主旋翼的过程中，第1台发动机的多级变速装置进行第2次变减速比，第2台发动机的多级变速装置进行第1次变减速比；
……，当第n台发动机输出转速到达第n-1个预设值时，第1台发动机逐步增大输出扭矩直至与旋翼轴连接，之后第n台发动机逐步减小输出扭矩直至与旋翼轴脱开；
在第1台发动机单独驱动主旋翼的过程中，第2台发动机的多级变速装置进行第n-1次变减速比，第3台发动机的多级变速装置进行第n-2次变减速比，…，第n台发动机的多级变速装置进行第1次变减速比；
当第1台发动机的输出转速到达第1个预设值时，第2台发动机逐步增加输出扭矩直至与旋翼轴连接；
在第1台与第2台发动机共同驱动主旋翼的过程中，第3台发动机的多级变速装置进行第n-1次变减速比，第4台发动机的多级变速装置进行第n-2次变减速比，…，第n台发动机的多级变速装置进行第2次变减速比；
……，当第1台发动机的输出转速到达第n-1个预设值时，第n台发动机逐步增加输出扭矩直至与旋翼轴连接；
n台发动机与旋翼轴再次全部连接，均分直升机需求功率，多发序列变速控制过程结束。
2.如权利要求1所述面向多发配置的主旋翼变转速控制方法，其特征在于，发动机每次的变速比与多级变速装置每次变传动比相同，均为N0；N0的值具体通过求解带有以下约束条件的带约束优化问题得到：
Figure FDA0003533748950000021
Ωmr＝np·(N0)n-1·(N0)n-1
pnp＝100·(N0)n-1
其中，n为发动机的数目；Ωmr为旋翼转速；np为动力涡轮转速；pnp为动力涡轮相对转速，单位是％；pnc、T45与Tqe分别为燃气涡轮相对转速、动力涡轮出口气体总温及发动机输出扭矩；下标min、max分别表示预设的最小值、最大值。
3.如权利要求2所述面向多发配置的主旋翼变转速控制方法，其特征在于，所述带约束优化问题以发动机燃油消耗最低为优化目标。
4.如权利要求2所述面向多发配置的主旋翼变转速控制方法，其特征在于，使用可行性序列二次优化算法求解所述带约束优化问题。
5.如权利要求2所述面向多发配置的主旋翼变转速控制方法，其特征在于，N0,min、N0,max的值分别为0.45、1.1。
6.一种面向多发配置的主旋翼变转速控制装置，通过各自经由一个多级变速装置与旋翼轴连接的n台发动机共同驱动主旋翼，n为不小于2的正整数；其特征在于，该装置包括多发序列变速控制算法模块，用于对所述n台发动机及n个多级变速装置进行以下的多发序列变速控制：
正常飞行时，所述n台发动机与旋翼轴连接，均分直升机需求功率；
当需要主旋翼变转速时，第2～第n台发动机逐步增大输出扭矩，与此同时第1台发动机逐步减小输出扭矩直至与旋翼轴脱开；
在第2～第n台发动机共同驱动主旋翼的过程中，第1台发动机的多级变速装置进行第1次变减速比；
当第n台发动机的输出转速到达第1个预设值时，第3～第n台发动机逐步增大输出扭矩，与此同时第2台发动机逐步减小输出扭矩直至与旋翼轴脱开；
在第3～第n台发动机共同驱动主旋翼的过程中，第1台发动机的多级变速装置进行第2次变减速比，第2台发动机的多级变速装置进行第1次变减速比；
……，当第n台发动机输出转速到达第n-1个预设值时，第1台发动机逐步增大输出扭矩直至与旋翼轴连接，之后第n台发动机逐步减小输出扭矩直至与旋翼轴脱开；
在第1台发动机单独驱动主旋翼的过程中，第2台发动机的多级变速装置进行第n-1次变减速比，第3台发动机的多级变速装置进行第n-2次变减速比，…，第n台发动机的多级变速装置进行第1次变减速比；
当第1台发动机的输出转速到达第1个预设值时，第2台发动机逐步增加输出扭矩直至与旋翼轴连接；
在第1台与第2台发动机共同驱动主旋翼的过程中，第3台发动机的多级变速装置进行第n-1次变减速比，第4台发动机的多级变速装置进行第n-2次变减速比，…，第n台发动机的多级变速装置进行第2次变减速比；
……，当第1台发动机的输出转速到达第n-1个预设值时，第n台发动机逐步增加输出扭矩直至与旋翼轴连接；
n台发动机与旋翼轴再次全部连接，均分直升机需求功率，多发序列变速控制过程结束。
7.如权利要求6所述面向多发配置的主旋翼变转速控制装置，其特征在于，发动机每次的变速比与多级变速装置每次变传动比相同，均为N0；N0的值具体通过求解带有以下约束条件的带约束优化问题得到：
Figure FDA0003533748950000031
Ωmr＝np·(N0)n-1·(N0)n-1
pnp＝100·(N0)n-1
其中，n为发动机的数目；Ωmr为旋翼转速；np为动力涡轮转速；pnp为动力涡轮相对转速，单位是％；pnc、T45与Tqe分别为燃气涡轮相对转速、动力涡轮出口气体总温及发动机输出扭矩；下标min、max分别表示预设的最小值、最大值。
8.如权利要求7所述面向多发配置的主旋翼变转速控制装置，其特征在于，所述带约束优化问题以发动机燃油消耗最低为优化目标。
9.如权利要求7所述面向多发配置的主旋翼变转速控制装置，其特征在于，使用可行性序列二次优化算法求解所述带约束优化问题。
10.如权利要求7所述面向多发配置的主旋翼变转速控制装置，其特征在于，N0,min、N0,max的值分别为0.45、1.1。
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