通過預測旋翼的兩個旋轉速度設定點之間的扭矩需求驅動旋翼飛行器旋翼的旋轉的方法

2023-10-22 11:59:17

通過預測旋翼的兩個旋轉速度設定點之間的扭矩需求驅動旋翼飛行器旋翼的旋轉的方法
【專利摘要】本發明涉及一種驅動旋翼飛行器的旋翼(1，2)在可變受控速度的方法。從所需速度(Nr)開始，在考慮動力裝置(3)要輸出的用於驅動主旋翼(1)在所需速度(Nr)下的預測功率(Pf)，以及考慮與從驅動主旋翼(1)在當前速度(V)旋轉的當前功率(Pc)至驅動主旋翼(1)在所需速度(Nr)旋轉的預測功率(Pf)而要輸出的漸進功率需求相關的功率餘量(S)時，計算總功率(Pt)的設定點。作為示例，至少可考慮主旋翼(1)在當前速度(V)和所需速度(Nr)之間的加速或相反的減速，或實際上考慮決定所計算的所需速度(Nr)的旋翼飛行器的飛行環境。
【專利說明】通過預測旋翼的兩個旋轉速度設定點之間的扭矩需求驅動旋翼飛行器旋翼的旋轉的方法
[0001]對相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求申請日為2012年12月27日的FR1203608的權益，其全部內容通過引用併入本文。
【技術領域】
[0003]本發明涉及一種裝配有至少一個旋轉翼(rotary wing)旋翼(rotor)的旋翼飛行器的領域。本發明更具體地涉及適用於以下特定功能的數據處理方法:確定傳送到調節單元的設定點，用於調節旋翼飛行器的動力裝置的操作以確保其驅動所述至少一個旋翼在給定的旋轉速度下。
[0004]仍參照本發明的領域，確定所述設定點的功能更具體地考慮到預測必須由動力裝置傳送從而驅動所述至少一個旋翼在給定的旋轉速度下的功率需求。
【背景技術】
[0005]在航空領域，旋翼飛行器是設置有至少一個旋翼的旋轉翼航行器。該旋翼特別地是具有基本上垂直的軸並且提供旋翼飛行器以升力的至少一個主旋翼。如果旋翼飛行器是直升機，主旋翼不僅向旋翼飛行器提供升力，還有推進力和/或在俯仰(pitching)和滾轉(roll)上的飛行控制。
[0006]旋翼飛行器還裝配有反扭矩裝置。作為示例，該反扭矩裝置是空氣推進裝置，並更通常地是具有基本水平軸並向旋翼飛行器提供偏航引導的至少一個輔助旋翼的形式。作為示例，該輔助旋翼是尾旋翼或螺旋槳推進器，用於長航程的高速旋翼飛行器。
[0007]旋翼飛行器的升力由主旋翼提供。傳統上，通過用於改變構成主旋翼的旋轉翼的葉片的共同槳距的控制來改變旋翼飛行器的升力。給定旋翼飛行器的基本升力提供功能，驅動主旋翼旋轉被認為是優先的。
[0008]對於直升機，旋翼飛行器通過主旋翼葉片的周期槳距變化引導俯仰和滾轉。旋翼飛行器通常通過使用反扭矩裝置引導偏航，例如，通過改變具有基本水平軸的輔助旋翼的共同槳距。旋翼飛行器也可通過可傾斜翼片或裝配在旋翼飛行器固定翼上的其他類似可移動控制面(例如一個或多個升降舵，和/或一個或多個垂直安定翼片)來全部或部分地引導。
[0009]旋翼飛行器的旋翼通常由具有一個或多個引擎部件的常規動力裝置驅動。動力裝置還用於驅動旋翼飛行器中消耗機械能的設備的各個部件和/或諸件組件。
[0010]作為示例，此類部件和/或諸件組件包括發電機，用於供電給旋翼飛行器機載的電氣網絡，或者實際上是可逆發電機，該可逆發電機選擇性地能夠輸出機械能以驅動旋翼。同樣作為示例，此類部件和/或諸件組件包括一件或多件輔助設備，例如加熱，通風和/或空氣調節系統。
[0011]動力裝置的引擎部件通常布置為具有由氣體發生器驅動旋轉的自由渦輪的渦輪軸引擎。自由渦輪通常通過插入在自由渦輪和旋翼之間的至少一個主變速箱輸出旋轉驅動
至旋翼。
[0012]旋翼飛行器中消耗機械能的所述部件和/或諸件組件通常也由主變速箱驅動。
[0013]動力裝置的尺寸被設計為所述至少一個主旋翼旋轉的預定額定速度的函數。從歷史上看，主旋翼被驅動旋轉的速度多年來被設定為一個恆定值，或在很窄的速度範圍內輕微改變。從歷史來說，主旋翼提供的升力通過改變葉片的共同槳距的控制來單獨調節。旋翼飛行器的任何其它旋翼，或實際上旋翼飛行器中消耗機械能的所述部件或儀器，基於動力裝置輸出的可用功率被驅動。
[0014]由旋翼飛行器的飛行員發出的飛行指令相互耦合，從而確保旋翼飛行器飛行的所需改變基於需求匹配多個旋翼之間共享的動力裝置輸出的功率。用於改變多個旋翼的葉片的俯仰的各個指令由旋翼飛行器的飛行員使用飛行控制生成，例如人類飛行員使用手動控制部件或者自動駕駛儀通過計算裝置起作用。
[0015]動力裝置一般裝配有調節其操作的單元(例如，全權限數字引擎控制(FADEC))。調節單元具有與動力裝置必須輸出以驅動主旋翼在所述額定速度旋轉的所需功率相關的設定點。該設定點通過旋翼飛行器的控制單元(例如，自動飛行控制系統(AFCS))輸出。
[0016]更具體地，控制單元生成與對動力裝置輸出的功率的請求相關的信息，以滿足旋翼飛行器的全部功率需求。按照主旋翼的優先功率需求，控制單元生成設定點，該設定點與主旋翼被驅動在給定旋轉速度下的功率需求相關，並取決於先前標識的旋翼飛行器的飛行狀態。該設定點由控制單元基於給定的旋翼飛行器的飛行狀態下主旋翼的所述給定旋轉驅動速度來計算。
[0017]所述設定點由控制單元傳送到調節單元，從而引起根據主旋翼即時扭矩需求，以及因此根據旋翼飛行器的其它旋翼的即時扭矩需求，或實際上根據旋翼飛行器消耗機械能的輔助設備的功率需求調節動力裝置的操作。
[0018]為此，特別地通過利用飛行員操作的飛行控制，以及從這些飛行控制推導出的動力裝置輸出的所需功率來確定設定點。併入動力裝置的調節單元處理控制單元發出的設定點，從而確定動力裝置所需的燃料的數量以滿足在設定點標識的給定功率需求下驅動主旋翼在其額定速度下的需求。
[0019]關於這個話題，可以參考例如文獻US3174284(聯合飛機公司)，其描述了操作該調節單元的模式。
[0020]可選地，如文獻US5314147(聯合技術公司)公開的，設定點通過調節單元處理，不僅取決於由飛行員發出的飛行指令定義的作用在旋翼上的負載，還考慮到旋翼飛行器的特定飛行情況，諸如旋翼飛行器的武器被激活的作戰情況。
[0021]仍然關於調節單元定義動力裝置所需的燃料的數量的特定情況，可參考文獻US4466526 (Chandler Evans公司)，其描述了根據主旋翼自轉注入燃料的模式。
[0022]無論調節單元可處理的功率是多少，仍應觀察到在控制單元提出的設定點的值和實際上主旋翼被驅動旋轉的速度之間存在不一致。這種不一致可能因為旋翼飛行器的結構，例如因為自由渦輪降低其對被氣體發生器驅動的響應的慣性，或因為操縱旋翼葉片的驅動鏈的慣性。
[0023]這樣的慣性已導致設計者開發了能使控制單元預測動力裝置輸出的用於驅動旋翼在設定點的速度的功率需求的裝置。當考慮到由旋翼飛行器飛行員先前發出的飛行指令時，基於控制單元傳送的設定點，由調節單元管理動力裝置自身的操作，以獲得在設定點速度下主旋翼實際的旋轉驅動。
[0024]例如，在電氣飛行控制的情況下，文獻US2008 / 0283671 (Sikorsky飛行公司)提出利用飛行員發出的信號從而生成功率設定點。更具體地，基於飛行員提出的飛行指令，控制單元利用預測以便推導出動力裝置將輸出的功率的功率設定點，並將這個預測功率設定點傳送至調節單元。利用了發出飛行指令和為生成所述預測功率設定點而引起的主旋翼的葉片的俯仰的實際改變之間的旋翼飛行器的響應時間。
[0025]此外，改變的技術已導致旋翼飛行器設計者設想通過使用基於各個參數的值的改變的控制命令修改主旋翼的旋轉速度。
[0026]具體地，已知給定確保飛行器的飛行條件必須安全，自發地引起控制單元生成的所述設定點的值在給定的可接受速度的範圍內改變。作為示例，設定點的值的改變可根據旋翼飛行器的飛行或「空氣」速度的變化來控制，從而改善其性能。關於這個話題，可參考發表物「Enhanced energy maneuverability for attack helicopters using continuousvariable rotor speed control (使用連續可變旋翼速度控制的攻擊直升機的增強能量機動性)」 (C.G.Schaefer Jr.；F.H.Lutze Jr.)，美國直升機協會第47屆論壇，1991，1293-1303 頁。
[0027]還已經提出基於確保旋翼飛行器飛行安全時主旋翼的旋轉速度的可接受的範圍內的兩個預定義限制速度改變主旋翼的旋轉驅動速度。
[0028]例如，根據文獻US2007 / 118254 (GW.Bames等人)，提出基於作為與旋翼飛行器操作所在的環境外部介質相關的參數值的函數的最大速度或最小速度，改變旋翼的旋轉速度。作為示例，從旋翼飛行器高於地面的高度，其壓力高度，其密度高度，或外部溫度標識這些參數。
[0029]同樣作為示例，文獻US6198991 (Yamakawa等)提出當旋翼飛行器接近著陸區域時修改主旋翼的旋轉速度，通過適應旋翼飛行器跟隨的路徑以減少旋翼飛行器產生的噪音滋擾。
[0030]然而，已經發現預測動力裝置的功率需求的已知法則不適用於主旋翼旋轉驅動速度的受控變化這樣的模式。

【發明內容】

[0031]在這方面，本發明的目的是提供一種利用確定預測的動力裝置將輸出的功率的方法，輸出旋轉驅動至至少一個旋翼飛行器旋翼，特別是主旋翼和/或輔助旋翼的方法。
[0032]期望獲得這樣的功率預測，能夠在具體的基於至少一個預定的參數值的改變而驅動主旋翼在受控的可變旋轉速度方面是適當的和可靠的。該驅動主旋翼在可變速度通過旋翼飛行器的計算裝置，特別是其控制單元，而自發產生，並且這可能以連續的方式或按預定義值的步進的形式完成。
[0033]應當考慮到，在本發明的應用中，在這些方面更特別地期望獲得所述功率預測:
[0034].主旋翼的旋轉驅動速度的受控改變一按照可能的大範圍速度，例如從大約90%延伸到大約110%的參考速度的範圍；[0035].改變主旋翼驅動速度的命令，當也單獨或組合考慮到生成該改變命令並可能是眾多的多個標準時，其可能以持續的速率生成；以及
[0036].在諸持續時間上執行主旋翼驅動速度的改變，其可能因不同的所述速度改變命令而不同。
[0037]本發明的方法是一種通過旋翼飛行器的動力裝置驅動至少一個主旋翼旋轉的方法。
[0038]本發明的方法包括通過控制單元執行的操作，該控制單元標識驅動旋翼飛行器的至少一個垂直軸主旋翼旋轉的所需速度。所需速度通過應用併入至少第一計算參數的第一計算法則而計算，所述至少第一計算參數引起基於第一計算參數的值的改變的所需速度的值在預定義值範圍內的受控改變。
[0039]在此上下文中，所需速度通過第一計算法則確定，用於主旋翼的驅動速度的受控改變。執行第一計算法則生成所需速度值，從而使其能被確定。
[0040]在本發明提出的規定中，應當考慮到所需速度的受控改變可能來自於飛行員操作的飛行控制，該飛行員同樣可以是自動駕駛儀或人類飛行員，和/或也可是基於旋翼飛行器飛行狀態或飛行情況的信息而由第一計算參數的值的改變引起的自發改變。
[0041]可選地，應當考慮到控制單元優選地生成所需速度設定點，其至少被傳送到伺服控制裝置，用於伺服控制主旋翼至所需速度的驅動，該伺服控制裝置可能至少部分併入用於調節動力裝置的操作的調節裝置。
[0042]作為示例，所述伺服控制裝置包括伺服控制計算器，其特別地致力於調節主旋翼的驅動在所需速度。主旋翼的驅動的調節可能通過調節用於驅動至少主旋翼旋轉的旋翼飛行器的引擎裝置的操作(為了至少驅動主旋翼旋轉)，和/或通過使用插入在主旋翼的驅動鏈中的機械傳動裝置而實施。所述引擎裝置可特別地由包括燃料燃燒引擎——特別地是渦輪軸引擎——的動力裝置構成，並且還可能包括結合到驅動鏈用於驅動主旋翼的發電機。特別對於結合了燃料燃燒引擎和可逆發電機的旋翼飛行器的混合動力裝置，該發電機有利地提供了短期內機械能的額外餘量，從而滿足預定的特定需求。
[0043]仍然在本發明提出的規定中，還應當考慮到所述受控改變導致所需速度的改變，也同樣可以預定義值的步進(step)的形式發生或按所需速度漸進且連續的改變發生，取決於第一計算參數的值的改變。
[0044]仍然在本發明提出的規定中，並作為示例，還應當考慮到第一計算參數是直升機外部環境空氣的物理化學參數，特別是其密度和溫度。同樣作為示例，第一計算參數可涉及旋翼飛行器的飛行狀態的改變，例如飛行速度改變和/或沿重力軸的位置的改變，同樣也可用高於地面的高度或海拔來表示。同樣作為示例，第一計算參數涉及旋翼飛行器的特定飛行情況，例如飛越特定區域，接近或離開著陸區域的階段，或實際上是作戰情況。同樣作為示例，第一計算參數可涉及主旋翼葉片的行進速度，並更具體地是主旋翼的至少一個推進葉片的行進速度，在葉片的自由端考慮該速度，並相對於當地聲速來表示該速度。
[0045]本發明的方法還包括一種控制單元的操作，應用一種計算將由動力裝置輸出的功率設定點的方法。所述功率設定點的計算特別地至少基於應用第二計算法則，所述第二計算法則至少併入一個第二計算參數，用於計算根據至少是主旋翼在預定所需速度下被驅動而支承的負載動力裝置必須輸出的預測功率。[0046]本發明的方法還包括一種操作，傳送至少關於所述功率設定點的至少一個控制命令至用於調節動力裝置的操作的調節裝置。根據控制單元生成的功率設定點，所述調節裝置導致將動力裝置操作成根據驅動主旋翼在所需速度(所述速度是根據控制單元所生成的功率設定點)旋轉驅動所述至少一個旋翼旋轉。調節裝置包括至少一個調節單元，用於調節燃料至動力裝置的至少一個燃料燃燒引擎的注入，或者實際上是包括控制裝置，在旋翼飛行器具有混合動力裝置的情況下用於操作發電機。
[0047]根據本發明，該方法大體上是可識別的，因為用於計算所述功率設定點的第二計算法則併入與功率餘量有關的至少一個第三計算參數。所述功率餘量涉及從用於驅動主旋翼在當前速度旋轉的當前功率至用於驅動主旋翼在所需速度旋轉的預測功率而要輸出的漸進功率需求，。
[0048]動力裝置輸出的功率需求的預測不僅考慮了所述預測功率，還考慮了漸進地驅動旋翼從當前速度至所需速度所需的功率餘量。
[0049]該漸進功率需求的預測，以及傳送指令命令至調節單元，不僅結合了預測功率，還結合了基於所述漸進功率需求的所述功率餘量，使得有可能縮短發出指令命令和根據主旋翼的所需驅動速度而實際上驅動旋翼飛行器的旋翼之間的反應時間。
[0050]旋翼飛行器呈現出根據飛行員發出的飛行指令和/或確定所需速度的所述第一參數中的任一個的一個或多個值的改變而作出反應的改善和可靠的能力。旋翼飛行器的該反應能力即便在改變主旋翼的旋轉驅動速度的命令可能以持續的速率發生並且超過可能很大的速度改變範圍的情況下也可獲得，而不管執行任何此類受控速度改變所需的時間。
[0051]特別地，本 發明的規定使得有可能以可靠的並且滿意的方式減輕對於操作旋翼起作用的旋翼飛行器結構部件的慣性。這些參與操作旋翼的結構部件必要地包括:
[0052].旋翼飛行器的傳送部件，構成旋翼和動力裝置之間的旋翼驅動鏈。更具體地，這些傳送部件是那些插入到旋翼和動力裝置的至少一個渦輪軸引擎的自由渦輪之間的部件，或者實際上它們包括此類自由渦輪，因為自身在響應於來自構成動力裝置一部分的氣體發生器的驅動方面的慣性；以及
[0053]?旋翼飛行器部件，構成飛行員和旋翼葉片之間的控制驅動鏈。該控制驅動鏈特別地用於引起旋翼葉片的槳距共同的和/或周期的改變。
[0054]本發明的應用特別地，並不排他地，適用於根據主旋翼的旋轉驅動速度的期望的連續的漸進改變計算所需速度。本發明還能應用在所需速度根據預定的步進改變的情況。
[0055]應當考慮到第一計算法則和第二計算法則可有利地併入單個計算模塊，形成主計算裝置的一部分，致力於標識所需速度，同樣第一計算法則和第二計算法則聯合使用或將一個納入另一個中也是可能的。
[0056]本發明的一個優點是不管標識所需速度的方式且不管驅動主旋翼從當前速度改變到所需速度的時間段，考慮到所述功率餘量的可能性。
[0057]考慮到動力裝置輸出的功率在當前速度和主旋翼所需的驅動速度之間的動態改變，也使得有可能在第三參數中併入多個計算標準。
[0058]第一計算標準是主要的標準，特別地考慮到主旋翼加速和/或減速的瞬時階段。更具體地，第三計算參數有利地併入與主旋翼在當前速度和所需速度之間加速或相反地減速有關的第一計算標準。[0059]在這方面，特別地考慮到主旋翼在不同旋轉速度時驅動的瞬時階段一取決於有特定的所需速度的相應飛行狀態或飛行情況。這樣的瞬時階段可以有不同的持續時間，因此生成它們自己的特定加速或減速階段。這些自己的特定加速或減速階段被考慮以預測旋翼飛行器的瞬時功率需求。
[0060]考慮到與主旋翼的旋轉速度的漸進的改變相關的所述第一計算標準，可能考慮到其變型。第一計算標準包括至少下列計算準則之一:
[0061].在驅動主旋翼在當前速度和所需速度之間的時間段；
[0062].在主旋翼被驅動在所述當前速度下旋轉的轉數和主旋翼被驅動在所述所需速度下旋轉的轉數之間的主旋翼的轉數的漸進改變；
[0063].預測功率的瞬時時間派生物；以及
[0064].定義所需速度的至少第一計算參數中的任一個。
[0065]所述功率餘量是可基於影響動力裝置輸出的功率在主旋翼的當前速度和所需驅動速度之間動態改變的各個因素而可確定的。
[0066]在這方面，當在應用第三計算參數時執行第二計算法則以生成控制命令傳送到調節單元的時候，可考慮所述第二標準。該第二標準有利地併入第二計算法則，並且更具體地它們有利地併入第三計算參數，從而能夠使所述第二標準不僅在確定至少所述預測功率時，而且在計算所述功率餘量時被考慮。
[0067]例如，第三計算參數可能已經併入第二計算參數，該第二計算參數涉及使用飛行器機載的輔助部件的模式，所述輔助部件在驅動主旋翼在當前速度和在所需速度之間的時間段內消耗機械能。
[0068]被考慮以預測動力裝置輸出的旋翼飛行器的功率需求的漸進功率需求可延續可能很長的時間段。與主旋翼被驅動在所述當前速度(視為在給定瞬間的初始速度)和主旋翼被驅動在所需速度之間逝去的持續時間相比，這樣的時間段應當被考慮。主旋翼的初始的當前速度和所需驅動速度可能用於旋翼飛行器的相應的飛行情況，這些飛行情況可能在時間上相隔很遠。
[0069]各個機械能消耗部件中相應的部件的使用在所述時間段內可能不同。提出應當考慮那些多個機械能消耗部件的操作狀態，以隨著從驅動旋翼在初始的當前速度轉至達到主旋翼的所需驅動速度時所述時間段的流逝漸進地預測旋翼飛行器的瞬時功率需求。
[0070]常規的方法中輔助旋翼的共同槳距或通過任意類似的反扭矩裝置輸出的力的改變被考慮，優選地與所述時間段內旋翼飛行器的各個機械能消耗部件中的相應部件的使用的改變相關。
[0071]更特別地，應當考慮到第二計算標準可例如是可能包括至少下列計算準則之一的計算標準:
[0072].改變飛行器的反扭矩裝置產生的力，例如旋翼飛行器的反扭矩旋翼的葉片的共同槳距的改變或使用的任意反扭矩裝置(例如空氣推進器)的改變；
[0073].改變主旋翼的葉片的周期槳距；
[0074].控制旋翼飛行器的適用於修改其飛行行為的至少一個可移動控制的操作；
[0075].控制旋翼飛行器的至少一件輔助設備的操作，例如加熱，通風和/或空氣調節系統；以及[0076].控制旋翼飛行器的發電機的操作，該發電機適用於選擇性地輸出機械能以驅動旋翼飛行器的旋翼，例如交流發電機或可逆發電機。
[0077]隨著從驅動旋翼在初始的當前速度至達到主旋翼的所需驅動速度所述時間段的流逝，飛行器的瞬時功率需求可能基於旋翼飛行器的瞬時飛行情況而改變。
[0078]因此，優選地考慮旋翼飛行器飛行情況的改變，特別是關於旋翼飛行器外部環境的改變和/或旋翼飛行器特定飛機階段的改變。例如，可能考慮旋翼飛行器的飛行速度，諸如低速，瞬時速度，或巡航速度，和/或作為另一個例子，旋翼飛行器相對於地面的位置。
[0079]更特別地，並且在考慮到所述第二計算標準結合第一計算標準的情況下，作為示例，也提出將與旋翼飛行器飛行情況有關的第三計算標準併入第三計算參數。該第三計算標準特別地包括至少下列計算準則之一:
[0080].旋翼飛行器和陸地參考坐標系之間的沿重力軸的距離的漸進改變，例如旋翼飛行器的海拔或高出地面的高度的改變；
[0081]?旋翼飛行器的氣動特性的改變。更具體地，這樣的旋翼飛行器的氣動參數的改變可能在驅動旋翼在當前速度至所需速度之間的時間段內被考慮。這樣的旋翼飛行器的氣動特性的修改可能因展開或相反地縮回，或確實地操作潛在生成阻力的部件(例如可縮回的起落架或可縮回的聚光燈)而引發；以及
[0082].旋翼飛行器的外部環境空氣的至少物理化學參數的任一參數的漸進改變，這些參數，例如密度和溫度，影響了主旋翼在給定葉片槳距的情況下獲得的升力。
[0083]在本發明的方 法的具體實施例中，所述方法更特別地包括以下步驟:
[0084]?評估動力裝置輸出的當前功率；
[0085].收集由併入第一計算法則的主計算裝置生成的所需速度；
[0086].通過在應用第二計算參數時執行第二計算法則，推導與驅動主旋翼在所需速度所需的功率相對應的預測功率；
[0087].基於先前推導出的預測功率並基於通過在應用第三計算參數時執行第二計算法則計算出的所述功率餘量，推導輸出的總功率；以及
[0088].將至少與先前推導出的輸出的總功率相關的控制命令傳送至調節單元。
[0089]在本發明的方法的另一個具體實施例中，在旋翼飛行器具有混合動力裝置的情況下，所述方法更特別地包括以下步驟:
[0090]?評估動力裝置輸出的當前功率；
[0091].收集由併入第一計算法則的主計算裝置生成的所需速度；
[0092].通過在應用第二計算參數時執行第二計算法則，推導與驅動主旋翼在所需速度所需的功率相對應的預測功率；
[0093].通過在應用第三計算參數時執行第二計算法則計算所述功率餘量；以及
[0094].將至少與所述預測功率相關的第一計算命令傳送至調節單元，並將至少與所述功率餘量相關的第二控制命令傳送至控制單元以操作動力裝置的發電機，該發電機結合在驅動鏈中用於驅動主旋翼。
[0095]優選地，評估動力裝置輸出的當前功率的步驟單獨或結合地包括:
[0096].收集與實施所述方法先前已計算出的所述當前功率相關的已知信息的操作；
[0097].實時測量——特別是對於主旋翼的給定葉片槳距——在給定時刻主旋翼進行的轉數的操作。
[0098]同樣優選地，推導預測功率的步驟包括計算主旋翼在所需速度被驅動所承受的負載的操作，以及基於所述所計算的負載計算所述預測功率的操作。
[0099]作為示例，計算功率餘量的步驟包括在給定的時間段內，計算分別被驅動在當前速度和所需速度下的主旋翼的轉數的差值的操作。
[0100]應當考慮到第二計算法則也可在給定的頻率，優選地儘可能的短，同樣地按序列執行，或基於第三計算參數的值的連續改變而連續地執行。
[0101]還應當考慮到所需速度可通過第一計算法則確定，同樣地通過探測用於所需速度的至少一個所述第一計算參數達到的閾值，或通過探測至少一個所述第一計算參數的值的連續漸進改變。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0102]結合所附表的附圖，本發明的實施例被描述，其中:
[0103]附圖1為示出根據本發明的用於驅動旋翼飛行器的一個或多個旋翼在受控速度下旋轉的方法的框圖；以及
[0104]附圖2為示出在實施附圖1所示的方法的上下文中執行確定功率設定點的方法的特定模式的框圖。
【具體實施方式】
[0105]在附圖1中，旋翼飛行器具有一個或多個旋翼1，2，由動力裝置3驅動旋轉。更特別地，旋翼飛行器具有:至少一個主旋翼1，該至少一個主旋翼I具有基本垂直的軸，向旋翼飛行器提供升力；以及可能的至少一個輔助旋翼2，其具有基本水平的軸。
[0106]動力裝置3包括至少一個燃料燃燒引擎4，特別是渦輪軸引擎，該至少一個燃料燃燒引擎4具有由氣體發生器6驅動旋轉的自由渦輪5。旋翼1，2經由與自由渦輪5嚙合的主變速箱7由自由渦輪5驅動旋轉。氣體發生器6裝配有燃料注入裝置8，用於在調節單元9的控制下驅動自由渦輪5按照調節單元9根據控制單元10傳送的控制命令C而確定的旋轉速度。
[0107]更特別地，控制單元10生成控制命令C，該控制命令C被傳送到調節單元9。例如全權限數字引擎控制(FADEC)類型的調節單元9生成注入命令11，用於特別地調節燃料經由注入器——輸出燃料的類似方法——進入氣體發生器6的速率。特別地，控制單元10包括兩個控制模塊12，13，例如分別地自動飛行控制系統(AFCS)類型的模塊，以及主飛行控制系統(PFCS)類型的模塊。
[0108]控制命令C至少涉及根據驅動主旋翼I在所需速度Nr旋轉而由動力裝置3輸出的用於驅動旋翼1，2的功率總水平Pt。所需速度Nr是基於旋翼飛行器的預定義飛行環境或飛行情況先前被計算的受控速度。
[0109]在所示實施例中，所需速度Nr優選地通過控制單元10計算。然而，應當考慮到所需速度Nr通過與控制單元10相關的特定的計算單元計算是可能的,該控制單元10生成輸出的功率Pt的值。
[0110]所需速度Nr在用於驅動主旋翼I旋轉的預定義速度範圍內改變。作為指示,這樣的變化可在驅動主旋翼I旋轉的額定速度的大約90%至110%的速度範圍內。
[0111]控制模塊12，13用於評估旋翼飛行器的飛行環境。控制單元10具有計算模塊14，該計算模塊14具有主計算裝置15，專用於從先前評估的飛行環境和/或飛行情況中確定所需速度Nr。就所需速度Nr計算出的值的變化可能是具有預定義值的步進形式的值變化的連續漸進值變化。
[0112]考慮了當前功率Pc和預測功率Pf之間的區別。[0113]當前功率Pc對應於給定時刻Tl的旋翼飛行器的功率需求。當前功率Pc特別地基於在驅動主旋翼I旋轉的當前速度V下作用在旋翼的負載和/或在適當的情況下基於旋翼飛行器機載的機械能消耗部件的操作的當前模式來計算的。在給定時刻Tl，當前功率Pc針對取決於當前飛行環境Ce的所述給定速度V而定義。
[0114]概念「當前」應當相對於旋翼飛行器的即時飛行狀態和/或飛行情況來考慮。作為示例，當前速度V來自飛行器機載設備實施的測量和/或計算。作為示例，當前速度V也可基於先前生成的所需速度Nr而確定。
[0115]預測功率Pf對應於取決於通過計算的預測飛行環境Cf根據決定可變時刻T2的所需速度Nr的預測飛行環境Cf旋翼飛行器所需的功率。特別地，預測功率Pf被必要地計算在時刻T2驅動旋翼1，2，或者，在適當的情況下，考慮將一個或更多個所述飛行器機載的投入操作的的機械能消耗部件。
[0116]控制單元10具有附加的計算裝置17，用於計算動力裝置3需要在時刻Tl和時刻T2之間漸進地輸出的功率餘量S，從而確保主旋翼I被驅動在所需速度Nr。該功率餘量S特別地考慮到當前速度V和所需速度Nr之間的改變，而不管是否包括了加速或相反的減速。
[0117]基於計算的預測功率Pf和功率餘量S，控制單元10通過求和操作確定動力裝置3必須輸出從而滿足旋翼飛行器需求的總功率Pt。傳送到調節單元9的控制命令C由控制單元10基於該總功率Pt而確定。
[0118]可以看出，控制命令C由控制單元10確定，不僅考慮到動力裝置3根據主旋翼I被驅動旋轉的所需速度Nr必須輸出的用於驅動旋翼1, 2旋轉的預測功率Pf,還考慮到動力裝置3必須在時刻Tl時的當前功率Pc和時刻T2時的預測功率Pf之間漸進地輸出的功率
餘量S。
[0119]更特別地，附圖2顯示了根據以上參照附圖1提及的規定的包含在控制單元10中並用於確定用來傳送到調節單元9的所述控制命令C的計算模塊14。
[0120]主計算裝置15用於標識所述所需速度Nr，並且為了這個目的，它們與多個信息生成裝置18，19通信。作為示例，該信息可單獨地或組合地包括以下信息:
[0121].按步進形式的或優選地漸進連續的、關於旋翼飛行器外部的環境空氣的至少一個物理化學參數18 (特別地是空氣密度)的改變；和/或
[0122]?旋翼飛行器的飛行員操作的飛行控制19，為了改變旋翼1，2葉片的入射角，該飛行員可以是人類飛行員或自動駕駛儀。
[0123]由主計算裝置15通過執行第一計算法則21，併入了考慮到來自信息生成裝置18，19的信息值的改變的第一計算參數20來標識所需速度Nr。
[0124]附加的計算裝置17也可併入主計算裝置15或與之相關聯，並且它們用於準備傳送到調節單元9的控制命令C。第一計算法則20和第二計算法則21可被併入到通用的計算法則20，22，或者它們可能是接連執行的不同的計算法則20和22。
[0125]基於所需速度Nr，併入到附加計算裝置17的第二計算法則22被執行。第二計算法則22併入了特別地涉及至少一個所需速度Nr的第二計算參數23，以便至少基於所需速度Nr的值推導出預測功率Pf。
[0126]基於第三計算參數評估了功率餘量S，第二計算法則還併入了第三計算參數23』。第三計算參數23』可能不僅考慮了與當前速度V和所需速度Nr之間的所述改變有關的第一計算標準，還單獨或組合地考慮了定義旋翼飛行器的飛行環境和/或飛行情況的各個第二計算標準24，25，26。例如，第二計算標準25涉及使用旋翼飛行器中消耗機械能的設備27的各個部件和/或諸件組件的模式。同樣作為示例，第三計算標準涉及旋翼飛行器的飛行狀態。將所述第二計算標準24，25，26併入計算參數23』能夠不僅在確定至少預測功率Pf時，而且在確定所述動力裝置3必須輸出的所述功率餘量S(若有的話)考慮到它們。
[0127]當前功率Pc可以例如通過形成附加的計算裝置17的一部分的存儲裝置28標識，和/或通過基於旋翼飛行器的當前飛行環境評估當前功率Pc的傳感器29標識，或者實際上通過所述控制模塊12,13標識。
【權利要求】
1.一種通過旋翼飛行器的動力裝置(3)驅動至少一個旋翼飛行器的旋翼(1，2)旋轉的方法，所述方法包括下述操作: ?控制單元(10)，其標識驅動旋翼飛行器的至少一個垂直軸主旋翼(I)旋轉的所需速度(Ni.)，所需速度通過應用第一計算法則(21)而計算，所述法則至少併入第一計算參數(20)，所述第一計算參 數(20)引起基於第一計算參數(20)的值的改變所需速度(Nr)的值在預定義範圍內的受控改變； ?控制單元(10)應用一種計算將由動力裝置(3)輸出的功率設定點的方法，所述功率設定點的計算至少基於應用第二計算法則(22)，所述第二計算法則併入至少一個第二計算參數(23)，用於計算根據至少在先前標識的所需速度(Nr)下驅動的主旋翼所支承的負載動力裝置⑶必須輸出的預測功率(Pf);以及 ?傳送至少關於所述功率設定點的至少一個控制命令(C)至用於調節動力裝置(3)的操作的調節裝置，所述調節裝置引起動力裝置(3)被操作成按照驅動主旋翼(I)在所需速度(Nr)旋轉而驅動所述至少一個旋翼(1，2)旋轉，所述調節裝置包括至少一個調節單元(9)，用於調節燃料至動力裝置(3)的至少一個燃料燃燒引擎(4)的注入； 其中用於計算所述功率設定點(Pt)的第二計算法則(22)併入與功率餘量(S)有關的至少一個第三計算參數(23』)，所述功率餘量(S)涉及從用於驅動主旋翼(I)在當前速度(V)旋轉的當前功率(Pc)至用於驅動主旋翼(I)在所需速度(Nr)旋轉的預測功率(Pf)而將輸出的漸進功率需求。
2.根據權利要求1所述方法，其特徵在於，第三計算參數(23』)併入與主旋翼(I)在當前速度(V)和所需速度(Nr)之間的加速或相反地減速有關的第一計算標準(24)。
3.根據權利要求2所述方法，其特徵在於，第一計算標準(24)是與主旋翼(I)的旋轉速度的漸進改變相關的計算標準，第一計算標準(24)包括至少下列計算準則中的任意個: ?驅動主旋翼⑴在當前速度(V)和所需速度(Nr)之間的時間段(Tl，T2)； ?在主旋翼(I)被驅動在所述當前速度(V)下旋轉的轉數和主旋翼被驅動在所述所需速度(Nr)下旋轉的轉數之間的主旋翼(I)的轉數的漸進改變； ?預測功率(Pf)所派生的瞬時時間；以及 ?至少定義所需速度(Nr)的第一計算參數(20)中的任一個。
4.根據權利要求1所述方法，其特徵在於，第三計算參數(23』)併入第二計算參數(25)，所述第二計算參數涉及使用飛行器機載的輔助部件(27)的模式，所述輔助部件在驅動主旋翼⑴在當前速度(V)和在所需速度(Nr)之間的時間段(T1，T2)內消耗機械能。
5.根據權利要求4所述方法，其特徵在於，第二計算標準(25)是包括至少下列計算準則中的任意個的計算標準: ?改變飛行器的反扭矩裝置產生的力； ?改變主旋翼(I)的葉片的周期槳距； ?控制旋翼飛行器的適用於修改其飛行行為的至少一個可移動控制的操作； ?控制旋翼飛行器的至少一件輔助設備(27)的操作；以及 ?控制發電機的操作。
6.根據權利要求1所述方法，其特徵在於，第三計算參數(23』)併入第三計算標準(26)，所述第三計算標準涉及旋翼飛行器的飛行情況，並包括至少下列計算準則中的任意個: ?旋翼飛行器和陸地參考坐標系之間的沿重力軸的距離的漸進改變； ?旋翼飛行器的氣動特性的改變；以及 ?旋翼飛行器外部的環境空氣的至少物理化學參數中的任一參數的漸進改變。
7.根據權利要求1所述方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟: ?評估動力裝置(3)輸出的當前功率(Pc)； ?收集由併入第一計算法則(21)的主計算裝置(15)生成的所需速度(Nr)； ?通過在應用第二計算參數(23)時執行第二計算法則(22)，推導與用於驅動主旋翼(I)在所需速度(Nr)所需的功率相對應的預測功率(Pf)； ?基於先前推導出的預測功率(Pf)並基於通過在應用第三計算參數(23』 )時執行第二計算法則(22)而計算出的所述功率餘量(S)，推導將輸出的總功率(Pt);以及 ?將至少與先前推導出的將輸出的總功率(Pt)相關的控制命令(C)傳送至調節單元(9)。
8.根據權利要求1所述方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟: ?評估動力裝置(3)輸出的當前功率(Pc)； ?收集由併入第一計算法則(21)的主計算裝置(15)生成的所需速度(Nr)； ?通過在應用第二計算參數(23)時執行第二計算法則(22)，推導與用於驅動主旋翼(I)在所需速度所需的功率相對應的預測功率(Pf); ?通過在應用第三計算參數(23』 )時執行第二計算法則(22)計算所述功率餘量(S)；以及 ?將至少與所述預測功率(Pf)相關的第一計算命令(C)傳送至調節單元(9)，並將至少與所述功率餘量(S)相關的第二控制命令(C)傳送至控制單元以操作動力裝置的發電機，所述發電機用在用於驅動主旋翼(I)的驅動鏈中。
9.根據權利要求7所述方法，其特徵在於，評估動力裝置(3)輸出的當前功率(Pc)的步驟單獨或結合地包括: ?收集與通過實現所述方法而先前計算出的所述當前功率(Pc)相關的已知信息的操作； ?實時測量在給定時刻主旋翼(I)進行的轉數的操作。
10.根據權利要求7所述方法，其特徵在於，推導預測功率(Pf)的步驟包括計算主旋翼(I)被驅動在所需速度(Ni.)所承受的負載的操作，以及基於所述所計算的負載計算所述預測功率(Pf)的操作。
11.根據權利要求7所述方法，其特徵在於，計算功率餘量(S)的步驟包括在給定的時間段內，計算分別被驅動在當前速度(V)和所需速度(Nr)下的主旋翼(I)的轉數的差值的派生物的操作。
12.根據權利要求1所述方法，其特徵在於，第二計算法則(21，22)可在給定的頻率按序列執行，或基於第三計算參數(23』 )的值的連續改變而連續地執行。
13.根據權利要求1所述方法，其特徵在於，所需速度(Nr)通過第一計算法則(21)確定，同樣地通過探測至少一個用於所需速度(Nr)的所述第一計算參數(20)達到的閾值，或通過探測至少一個所述第一計算參數(20)的值的連續的漸進改變。
14.根據權利要求1所述方法，其特徵在於，控制單元(10)生成所需速度(Nr)設定點，所需速度(Nr)設定點被至少 傳送到伺服控制裝置，用於伺服控制主旋翼至所需速度(Nr)的驅動。
【文檔編號】B64C27/57GK103895862SQ201310757422
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2013年12月26日 優先權日:2012年12月27日
【發明者】J-B·瓦拉特, H·維艾拉 申請人:空客直升機