用于检测和发信告知旋翼飞机接近涡流域的方法和设备技术

本发明专利技术涉及一种用于检测和发信告知旋翼飞机接近涡流域的方法和设备（Ｄ），该设备包括：第一装置（１），用于测量旋翼飞机的瞬时垂直速度ｖ；第二装置（２），用于测量旋翼飞机的瞬时真空速ＶＰ；第三装置（３），该第三装置构成数据库ＢＤＤ，数据库涉及表征至少一个瞬时涡流域；第四装置（４），其通过第一、第二和第三连接线（ｌ１、ｌ２和ｌ３）各自连接于第一、第二和第三装置，该第四装置设计成检测旋翼飞机接近涡流域；以及第五装置（５），用来发信告知所述旋翼飞机接近涡流域，该第五装置通过连接线（ｌ４）连接于所述第四装置（４）；

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于检测和发信告知旋翼飞机(尤其是直升飞机型)正在接近涡流域的方法和设备。 更具体地，所述检测和发信的方法和设备旨在通知旋翼飞机的飞行员所述旋翼飞机接近或甚至进入本领域内技术人员一般称为“涡流状态”的飞行区域。
技术介绍
旋翼飞机——有时称其为旋翼飞行器——装有提供其全部或部分升力的基本垂直轴和大直径的主旋翼(可能是多个主旋翼)。 在直升飞机配置中，由至少一个引擎驱动的主旋翼用来提供升力和推力两者。原则上，直升飞机还具有辅助旋翼，其被称为尾部旋翼或“反转矩”旋翼，用于在偏航时控制飞机。 更准确地说，主旋翼由若干叶片构成，这些叶片可认为是大纵横比的翼片并被驱动旋转。 这些叶片附连于被称为“轮毂”的旋翼中央部分。 至少一个引擎将机械功率传递给主旋翼和尾部旋翼，还传递给辅助部件。 引擎一般为涡轮引擎。假设涡轮机输出位置的转数为30000转/分钟(rpm)的数量级，即等于大约500转/秒(rps)，而主旋翼的转数为300rpm的数量级，从涡轮机向主旋翼传输功率需要将名为主变速箱(MGB)的减速单元设置在两者之间。 来自MGB的输出轴因此特别用来驱动主旋翼并因此通过轮毂驱动叶片。 在这些条件下，旋翼飞机执行三种飞行，原则上为 ·垂直飞行，向上或向下； ·停悬飞行，飞机相对于大气保持静止；以及 ·沿水平飞行或倾斜位移。 在垂直飞行中，所得到的空气动力和重量形成在同一轴上沿相反方向作用的两股力飞行是向上还是向下取决于空气动力大于还是小于飞机的重量。 停悬对应于静态飞机处于平衡并同时受相等且相反的两股力作用，即所得到的空气动力和飞机重量。 平移飞行对应于飞机穿过空气运动的正常可能性这种特征并非旋翼飞机所专有，但区别于飞机飞行方式。 在实践中，本专利技术涉及向下飞行中的旋翼飞机。 在这类情势下，由主旋翼产生的气流根据飞机是快速下降、中速下降还是低速下降而具有区别。 快速和中速向下飞行发生在“非动力”状态动力通过气流传递并且自由飞轮介入于动力传输组件以使旋翼自由转动。 相比而言，低速向下飞行发生在动力状态下，飞行员通过减小主旋翼叶片的总和节距使旋翼飞机受到控制地下降。 本专利技术更具体地涉及旋翼飞机的低速向下飞行，这种下降可能垂直地发生或沿具有陡坡的飞行路径发生，即旋翼飞机具有被称为瞬时真空速Vp的一定量的向前水平速度，这种瞬时真速度保持在相对低的一定范围值内，并与瞬时垂直速度v关联。 在低速向下飞行中，如下文所述，伴流形成在主旋翼的底部，由此约束空气的底部中央流线变成向下并使空气的顶部中央流线形成朝向叶片外缘的紊乱区。由此扰乱空气动力流并因此存在外缘涡流形成和完全脱离旋翼平面的风险。这种危险现象(被称为“涡流状态”)导致升力和控制性的全面丢失。 换句话说，当旋翼飞机开始以低速下降时，在平移飞行中通常沿向上方向穿过旋翼的气流冒着逆流并且无法流过旋翼的风险，不管向上还是向下叶片则工作在自我冲击，周围的空气在主旋翼附近形成“涡流环”。 这种现象的物理解释是在如此下降时旋翼“吞没”其本身的伴流，由此解释在这些情形下观察的流体的紊乱特征。 结果，这种工作模式的特征在于旋翼上的空气分离，从而形成伴流。 涡流环通常当直升飞机以接近旋翼引发的速度(即10米/秒(m/s))的垂直速度飞行时产生，关联于平移中的低速大部分旋翼处于失速区，各叶片元件工作在相对高的入射角。当以中速或高速平移时，来自旋翼的冲击朝向后方，以使涡流状态不发生。 涡流模式是危险的，但驾驶员要么通过(使用旋翼叶片的循环节距控制)开始平移移动、要么通过增加垂直速度(减小旋翼叶片的总节距)使冲击从旋翼中消失，从而很容易从中脱离。 例如，文献US 6 880 782记载了尝试作用于旋翼飞机的旋翼以脱离涡流域的设备。然而，这种类型的设备不能防止旋翼飞机进入涡流域。它不过就是纠正潜在危险的状况，但无法避免这种状况发生。 此外，David Varnes的文献“通过移动地图显示计算机的直升飞机涡流环状态警告系统的研发(Development of a helicopter vortex ringstate warning system through a moving map display computer)”涉及接近涡流域的旋翼飞机。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是给出一种检测旋翼飞机正进入涡流状态并通知飞行员或事实上预测地检测旋翼飞机正在接近所述涡流状态的方法和设备，从而使这些飞行状态的上述固有缺陷得以补救。 为此，本专利技术的方法的特征是包括下列步骤 (a)在预备飞行期间通过测量与气流相对于旋翼平面的速度的切向分量和法向分量关联的多对值而对特定类型旋翼飞机的基准旋翼飞机作出一系列先前测试，这些成对的值通过其中横轴和纵轴各自对应于所述切向和法向分量的至少一个图表来确定至少一个涡流状态的瞬时涡流表征； (b)在所述具体类型的旋翼飞机的旋翼飞机飞行期间，实时地确定所述旋翼飞机的预测真空速Vpp以及关联的预测垂直速度VAP，即评估真空速和旋翼飞机在经过给定时间后将会达到的垂直速度； (c)定义第一检测条件，其规定何时所述关联的预测真空速VPP和预测的垂直速度VAP包含在瞬时涡流域中；以及 (d)当满足所述第一检测条件时触发发信警报。 在描述获得预测真空速VPP和预测垂直速度VAP的过程前，重要的是理解涡流域关联于旋翼飞机的旋翼的平面，其垂直速度是相对于垂直线测得的，即重力作用于其上的直线，而其真空速是沿其飞行路径方向测得的，即如果处于水平飞行(沿水平面飞行)则等于其真实的空速。 在这种背景下，应当理解飞机的垂直速度、并因此旋翼飞机的垂直速度是通过垂直速度指示器测得的。其实际空速是从指示经修正的空速的空速指示器推导出的，这也被称为经校准的空速并在下文中表示为VC。 那么下面的应用是可接受的 其中术语σ(空气的相对密度)等于所考虑高度的空气密度ρ除以标准大气下地平面的空气密度ρ0的商。 此外，为了正确地理解本专利技术，还要注意旋翼飞机以向前速度平移飞行，该向前速度随着循环操纵杆(用于控制叶片循环节距的控制器)向旋翼飞机翼前侧的档位增加而增加这引起叶片节距的纵向循环变化，从而导致旋翼的平面向前倾斜，旋翼飞机的姿态基本遵循旋翼的倾斜度。 也就是说，很容易想到当旋翼的平面相对于水平面呈小角度时，即在水平加速度很小的飞行阶段，假设应用于瞬时涡流域的轴系(旋翼轴)与作用于水平和垂直速度的轴系一致是合理的。这种假设的确适用和对应于一般在称为“准垂直下降涡流”的情形下发生的情况。本领域内技术人员将该涡流域称为“静态的”，这假设旋翼飞机的姿态和旋翼平面的姿态均基本为零角度。 尽管这些情形事实上可适用，然而它们由于不对应于旋翼飞机的传统使用因此并不是很常见。 因而，本领域内技术人员同时还定义一种“动态”的涡流域。进入该动态涡流域，即存在强烈的水平负加速度且旋翼飞机的姿态处于20°(或更大)角，且因此在两个上面定义的轴系之间存在20°或更大的差，这一样是危险的并且会发生在任何以向下垂直速度和大量水平加速度着地期间，这种情况有时因少量的顺风而变得更为糟糕。 因此，静态型瞬时涡流域本质上是通过在与姿态角基本为零的旋翼平面关联的轴系中表示的单个域来定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检测和发信告知特定旋翼飞机类型的旋翼飞机接近涡流域的方法，所述方法的特征在于接连执行下列步骤：（ａ）在预备飞行中通过测量涉及气流相对于旋翼平面的速度的切向分量和法向分量的多对值而对所述特定旋翼飞机类型的基准旋翼飞机作出一系列在先测量，所述多对值用横轴和纵轴分别对应于所述切向和法向分量的至少一个图表来确定至少一个表示涡流状态的瞬时涡流；（ｂ）在所述特定旋翼飞机类型的旋翼飞机飞行期间，实时地确定所述旋翼飞机的预测真空速Ｖ↓［ＰＰ］以及关联的预测垂直速度Ｖ↓［ＡＰ］；（ｃ）定义第一检测条件，所述第一检测条件规定何时所述关联的预测真空速Ｖ↓［ＰＰ］和预测垂直速度Ｖ↓［ＡＰ］包含在所述瞬时涡流域中；以及（ｄ）当满足所述第一检测条件时，触发发信警报；并且其中所述预测真空速Ｖ↓［ＰＰ］是借助其中ｔ和Δｔ各自表示时间和时间间隔的下列关系来确定的：Ｖ↓［ＰＰ］＝Ｖ↓［Ｐ］＋ｄＶ↓［Ｐ］／ｄｔΔｔ所述预测的垂直速度Ｖ↓［ＡＰ］是通过执行下列附加步骤来算出的：ｂ１）测量旋翼飞机的瞬时垂直速度ｖ；ｂ２）根据预测项确定修正垂直速度Ｖ↓［ＣＯＲＲ］；以及ｂ３）将修正垂直速度加上所述瞬时垂直速度，获得所述预测的垂直速度Ｖ↓［ＡＰ］；适用于所述瞬时垂直速度ｖ的所述预测项是在步骤ｂ２１）中由下面等式确定的：Ｃ↓［Ｐ１］＝（ｖ＋ｋ）（Ｖ↓［ＰＰ］－Ｖ↓［Ｐ］）／（２Ｖ↓［Ｙ］－Ｖ↓［ＰＰ］）其中：Ｖ↓［Ｐ］＝给定旋翼飞机类型的旋翼飞机的瞬时真空速；Ｖ↓［Ｙ］＝给定旋翼飞机类型的旋翼飞机预定的最小功率速度；以及ｋ＝给定旋翼飞机类型的旋翼飞机预定的特征系数假设满足下面两个条件：.水平飞行中的经校准空速ＶＣ小于所述最小功率速度Ｖ↓［Ｙ］；以及.经校准的空速ＶＣ正在下降。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：B塞瑞塔安，
申请(专利权)人：尤洛考普特公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]