[发明专利]面向多发配置的主旋翼变转速控制方法及装置

说明书

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。

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：