增加旋翼总距，靠旋翼储存的动能转化为高度依势能使旋翼机飞离地面，开地面后靠相对气流离运动获得旋转能量产生向上的升力，图 1推力见 .
u一一 ( V CS+ 7s CS+ (z R l一 xO 4i, n O f V— )i l s n( ) 5
系统和升力系统之间通过减速器、传动轴、离合器
等传动装置连接，对传动系统有柔和接通、速脱快离、动功率大的设计要求.传
l,
[/ T
图 2桨叶剖面受力及桨盘来流Fi .2 For e tb a e s c i nd i l w g c s a l d e ton a nfo fo o ortp plne r m r t i a
其中，y口 V,分别为来流速度在 X, z三个轴 y,方向的分量，和分别为桨叶挥舞角和方位角，图 1旋翼机主要部件及推/力示意图 升Fi.1 Skec a yr l n g t h m p ofg op a ei
为旋翼诱导速度，可通过下式计算得出
口r )+ s x专o ( j,一。专i+c。 6 ( n O s )。,
推力系统参数包括螺旋桨半径 R, 螺旋桨
桨叶弦长 b,旋桨转速 n轴功率 P;力系统 螺及升参数包括旋翼半径 R, 旋翼桨叶弦长 C桨叶转动，惯量 J,翼实度，轴后倒角，翼最大预 旋桨旋转速 N起飞总距 0和巡航状态桨尖速度 1 , j 2 R等.这些参数是计算推力和升力的变量，是影响旋
和。分别为人流常数项、弦项和余正
弦项，应用 Pt— ees态人流理论计算得出 i P tr动 tr A
[ j M] l
El g
() 7
翼机飞行性能和跳飞性能的主要因素.( )推力 1
式中 C, C T c, 2分别为拉力系数，动滚转力矩气系数和气动俯仰力矩系数，和 L是动态人流理 M
维普资讯
第 1期
朱清华等：跳飞自转旋翼飞行器推/力系统参数优化可升
论的相关系数矩阵嘲 .舞响应采用韦恩 翰挥约逊的经验方法给出
计：+岛△/ =: Q一
() 8() 9
+ A/ O n+ ( )/ △。 a。
计一 _ J,计， 厂 8 计 ) ( 动方程隐式处理.
( 0 1)
由于挥舞运动方程项数较多，此将挥舞运因叶素迎角一
+( 0 ) O i 0 0 专一 + ln 1 8 c一 + s s C2
()+ 0 ( )+ a ca (/ ) 3 r t n UP uT
( 1 1)
式中为总距角，为负扭角 (翼机的桨叶无 旋负扭角 ) 0和。,分别为纵、向周期变距.叶横桨
上第 i剖面的倾角操纵线系变形引起的倾角改个变为 0 ()桨叶扭转变形为 0 ()。,。 .
00o鼢 : t r c￣其中桨盘绕机体 x轴 (轴)角 O 纵转 x一
根据桨叶翼型升阻特性数据， o及 oC即 c C。 c a关系，由得到的值，算翼型升力系数 c和翼计 -型阻力系数 c值， 然后可以计算出叶素升力和阻力为 d一 (+ u; b d L u; )Clr d一 D (+ u; b r u; )Cd d ( 2 1) ( 3 1).
( a: ) 2绕机体 Y轴 (轴 )角一 一。一 /,横转y+( 一一s ) 2 y为桨轴后倒角， o/,。 a卢为挥舞和分别为旋角；,。 和。分别为在桨轴
坐标系中旋翼桨盘的纵、和垂向速度比； F 横 V x,翼机纵、、向速度 .用前述气动模型，叶素横垂采从阻力切向分力 d D。随转速变化人手，式 ( 5如 1)
(是u 和
的合速度 )由数值积分计算出，
使用数值积分的方法，过叶素升力和阻力通计算出单片桨叶和整个旋翼的升力和阻力.
旋翼扭矩 Q(如式 ( 6 )以及旋翼转速变化量. 1),根据各方向速度在△时间内的变化，复前述过程￡重
2跳飞模型 旋翼机通过旋翼预转功能，以实现鹞式跳可飞，这是旋翼机不同于直升机和飞机所特有的起飞方式 .
计算下一时刻 ( t各数值，可以得到旋翼 T+A )便机爬升轨迹和跳飞性能.一
a n
2
跳飞时旋翼机运动是水平和垂直两个方向的合运动： () 1水平方向的运动相当于地面滑跑时的运动，但此时旋翼机已离开了地面，气阻力 N远空小于地面摩擦阻力，此时螺旋桨推力 T大于旋翼
『 c -u a 一 c a -一+ - c r+ - c+ C] )( 5 1)
旋翼扭矩表达式为式 ( 6,常飞行时 Q= 1)定== 0跳飞时 Q为变值，确定旋翼转速的主要变，是量.
后向分力 Fx与 N之和，个飞行器为变加速前整飞；翼则因来流速度增加而处于自转变加速状旋态.
Q= l (+r s f P1 T d=[P c p ( C+U C)= o )一U丽 d r (6 1)
() 2在垂直方向，随着轨迹上升旋翼来流迎角
旋翼机跳飞从预转旋翼、开离合器提总距断开始，空中前飞爬升达到最小飞行速度为止，在是个瞬态过程，过程中桨叶旋转动能和螺旋桨有此
减小，旋翼为自转变减速状态，则旋翼升力减小；受重力 G和不断减小的旋翼垂向分力 F的合力
作用，整个飞行器垂直方向的运动是向上的变减速运动 .
用功转换为高度势能和前飞动能.小飞行速度最可以通过旋翼机供需能量平衡和稳定自转条件 ( Q一0 F—G )计算得出，要达到最小飞行，v来只速度，旋翼机就可以通过操纵周期变距杆和油门
叠加水平和垂直两方向的运动，可以得到便
跳飞过程中旋翼机及旋翼的运动方程. 跳飞过程中，如果桨轴固定后倒角和起飞总
实现定常飞行，即可认为跳飞过程结束 .于上述基
维普资讯
航
空
动
力
学
报
第2 3卷
分析，文对 14 0k本 5 g某型旋翼机 (统参数分系别为： . 一0 0 4 8 n 1 2m/, R一6 4 m, . 3, R一 7 s P一 2 3 k,一 1 0 ,一 2 6 0 r mi 一 8 W Rp . 9 m p 5 / n,
局优化的基础上进行的.3 1全局优化 .
全局优化主要是以旋翼机的换算生产率和重量效率为目标函数，飞行性能和能否实现跳跃以式起飞为约束函数，以基于六西格玛设计的改进
7 0k m = 2, 5 s0一6; 0 g ,。=。N一2 5m/,j。参数单=位下同 )行了跳飞计算算例 . 3分别是用本文进图方法和文献[]程经验法计算的旋翼机跳飞过 4工
遗传算法多目标优化旋翼机推/升力系统参数 .这些系统参数为螺旋桨半径 R, 螺旋桨转速，发动机输出轴功率 P,旋翼半径 R, 旋翼实度和巡航状态桨尖速度 n等. R 本文在改进的遗传算法基础上结合 P rt aeo
程中速度与加速度变化曲线图.献[]型采用文 4模工程法处理的逐次逼近曲线趋势方程，文计算本
值与其很接近，明本文计算方法及模型正确合表理，本文模型和参数考虑的实际相关因素更多，但所以更有效.文还研究了参数对跳飞性能的影本
概念，引入模糊理论，加群体排序、增小生境技术、 精英保存策略进行多目标优化的，在确定性优并化设计基础上引入六西格玛设计，高了优化结提果的可靠性和鲁棒性_] 5. 设计总要求给定 14 0k 5 g起飞重量 G, 有效载荷 4 0k,大速度 2 0k h航程 5 0 k 0 g最 4 m/, 0 m,