电控旋翼桨涡干扰噪声主动控制技术研究

发布时间：2020-06-15 02:47

【摘要】：电控旋翼,又称无自动倾斜器旋翼。其采用嵌入式伺服襟翼进行旋翼操纵,不仅能代替传统的自动倾斜器实现1W谐波的旋翼主操纵,同时也可以方便的施加kW的高阶谐波襟翼控制,用以降低旋翼桨涡干扰(Blade Vortex Interaction,BVI)噪声。本文即以电控旋翼为对象,开展电控旋翼BVI噪声主动控制技术研究。本文研究工作包括以下部分:1.建立了基于主动控制的电控旋翼BVI噪声数学模型。考虑襟翼控制对入流分布的影响建立了电控旋翼自由尾迹模型,包括电控旋翼近尾迹模型、远尾迹模型以及风洞配平模型;翼型气动力计算则基于CFD数值吹风查表法的带襟翼翼型气动力模型;基于FW-H方程时域解中的载荷噪声项建立了载荷噪声计算模型。之后通过算例计算,验证了所建立数学模型的正确性。2.开展了电控旋翼BVI噪声开环主动控制仿真与分析。基于所建立的电控旋翼BVI噪声主动控制数学模型,以样例电控旋翼为对象,开展了谐波控制开环仿真研究:对各片桨叶的襟翼控制输入同时进行频率、幅值和相位开环扫掠,获取了最优的襟翼控制输入,总结了襟翼谐波主动控制对于电控旋翼BVI噪声的影响规律并初步揭示了其机理:合适的襟翼高阶谐波主动控制可以降低BVI位置附近的桨叶气动载荷,从而降低电控旋翼BVI噪声。此外,基于电控旋翼BVI噪声主动控制分析模型,获取了襟翼控制输入至BVI噪声控制点处噪声响应之间的传递函数关系,为后续闭环控制仿真打下了基础。3.提出了可行的电控旋翼BVI噪声闭环控制算法并进行了仿真验证。考虑BVI噪声的控制特点,借鉴时域自适应滤波最小均方算法,提出了适用于电控旋翼BVI噪声主动控制的块处理最小均方算法。基于此前获得的传递函数,对控制算法进行了仿真验证,仿真结果表明本文所提出的自适应控制算法可以有效降低电控旋翼BVI噪声。进一步,针对控制通道的辨识问题提出了基于控制通道在线辨识的块处理最小均方改进算法,仿真结果表明:改进的控制算法降噪效果提升,且控制收敛速度更快。4.完成了电控旋翼BVI噪声主动控制试验验证。首先基于所提出的BVI噪声闭环主动控制算法和已有的电控旋翼综合试验台,开发了能够满足BVI噪声测量和控制所需要的软硬件系统;之后利用风洞和电控旋翼综合试验台模拟出斜下降飞行状态,进行了电控旋翼BVI噪声主动控制试验,包括开环主动控制试验,以及基于黄金分割法和块处理最小均方算法的BVI噪声闭环主动控制试验。试验结果表明:黄金分割算法最多可以降低BVI噪声5.7d B,而B-LMS算法最多可以降低BVI噪声6.4d B。试验结果验证了所提出闭环控制算法的正确性和有效性。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V211.52
【图文】：

旋翼,风洞试验,襟翼

南京航空航天大学博士学位论文目的一部分，由美国波音公司、NASA、美国陆军、美马里兰大学合作完成。试验主要考验 ACF 在直升机果。SMART 旋翼由一个全尺寸的 5 桨叶无轴承 MD了由压电作动器驱动的后缘襟翼（见图 1.8）。部分试 4/rev，幅值为 1.5°，相位 30°的襟翼控制对于降低 BVI 噪声 7dB，但是这种襟翼控制会引起桨毂振动载荷 BVI 噪声认证飞行状态），频率为 3/rev，幅值为 1声最有利，最多可以降低前行边 BVI 噪声 5dB。不难果的襟翼控制输入不同。另外值得注意的是，被普遍制在该测试中表现不佳，研究者认为可能是由于 SM

原理图,自动倾斜器,桨毂,原理图

无自动倾斜器桨毂原理图

【参考文献】