基于线性规划的直升机旋翼性能优化分析

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1、总第169期2011年第4期—’—’——。‘’。‘—‘—●—’一直升机技术HELICOPTERTECHNIQUETotalNo．169No．420ll文章编号：1673—1220(2011)04-021-04基于线性规划的直升机旋翼性能优化分析蔡伟1，曹金华2，吴奎发1(1．中航工业昌河飞机工业集团公司，江西景德镇333002；2．陆航驻景德镇地区代表室，江西景德镇333000)摘要针对直升机的悬停飞行状态，建立了一个基于线性规划的旋翼性能优化分析模型。应用该分析模型，以四叶模型旋翼为算例，对优化前后桨叶扭转角和环量值的分布进行了对比，并讨论了它们之伺的关系。计算结果表明，应用所建立的优化方

2、法对旋翼几何参数进行优化．可在保持旋翼拉力不变的情况下，显著减小旋翼消耗的功率。关键词直升机；悬停；自由尾迹；旋翼性能中图分类号：V211．52文献标识码：AOptimizationofRotorPerformanceBasedonLinearProgrammingCAIWeil，CAOJinhua2，WUKuifal(1．ChangheAircraftIndustriesGroup，-AVIC，Jingdezhen333002，China；2．ArmyAviationMilitaryRepresentativeOfi％einJingdezhenRe,on，Jingdezhen333000，

3、China)AbstractAnanalyticalmodelwhichcouldbeusedtooptimizetherotorperformanceinhoverwasdevelopedbasedonlinearprogramming．Byapplyingtheanalyticalmodeldeveloped，acomparisonofthetwistangleandcirculationvaluebeforeoptimizationandthoseafteroptimizationWasmadefora4一blademodelrotor．andthecombinationofthemW

4、asdiscussed．Theresultsoftheealculationshowedthatthepowerconsumedissignificantlyreducedwhiletherotorthrustkeepsunchangedaftertherotorgeometryparameterswereoptimizedbyusingthemethodgiveninthispaper．Furthermore，someconclusionsweregivenintheendofthispaper．Keywordshelicopter；hover；freewake；rotorperforma

5、nce0引言直升机的旋翼(气动)性能对全机性能优劣起着决定性的作用，优化旋翼几何外形以改善其性能是直升机界非常重视的问题⋯。在旋翼设计过程中，常常首先只确定旋翼的总体参数，而桨叶具体的几何参数(例如，弦长，扭转角，尖削值等)的确定，则需要通过不断地进行尝试以达到性能指标，这是一个耗时且繁琐的过程。若能在准确计算旋翼性能的基础上，通过选用某种优化算法对其进行优化分析，那么旋翼设计过程将得到简化。因而，开展直升机旋翼性能的优化技术研究和探讨具有一定的理论收稿日期：2011-06．10作者简介：蔡伟(1983一)，男，江西浮梁人，工学硕士，工程师，主要研究方向：直升机空气动力学。·22直升机技术总

6、第169期和现实意义。进行旋翼性能优化分析的首要前提是对旋翼性能的准确计算。在过去，计算旋翼流场及性能的常用方法是动量理论、固定尾迹方法及预定尾迹方法，但它们因各自的局限性，很难在旋翼性能预估技术中得到有效应用”J。而自由尾迹方法具有良好的旋翼尾迹形状模拟能力，是一种更准确且物理上正确的方法”1。此外，选择一种满足具体要求的优化算法同样重要。随着计算机技术的快速发展，线性规划方法更趋成熟，应用更为广泛，成为解决工程优化问题的一种实用方法。作为求解线性规划的常用方法，单纯形法试图通过有限次迭代得到最优解，可同时满足鲁棒性和有效性的要求”o。计算旋翼性能的关键在于对其尾迹结构的捕捉”o。为此，本

7、文拟采用松弛类自由尾迹方法对悬停状态的旋翼尾迹结构进行捕捉并计算此状态的旋翼性能。其中．采用二阶升力线模型模拟桨叶空气动力的作用，而尾迹模型则采用当今国际上应用较多的卷起桨尖涡模型。在计算旋翼性能的基础上，将性能优化问题进行线性化假设和处理，并采用单纯形法对其进行优化分析。从已公开发表的文献来看，国外开展的旋翼性能优化计算主要集中在悬停状态。而在国内，对旋翼性能进行优化分析的工作开展得很少。因此，本文通过耦合