基于独立桨距控制的电控旋翼振动与噪声控制研究

Take the Electrically Controlled Rotor as a platform, taking advantage of its' unique character of independent blade pitch control, a study of reducing the rotor hub vibration and depressing the blade-vortex interaction noise is conducted. The theoretical analysis model of aerodynamics, noise and structural dynamics of Electrically Controlled Rotor based on independent blade pitch control is established. Based on this model, the open-loop operation simulation analysis is conducted to find the optimal flap input and the effects for the rotor hub vibration and the blade-vortex interaction noise.Based on the optimal algorithm in frequency domain,the active control methods of reducing the rotor hub vibration and depressing the blade-vortex interaction noise are brought forward. Making use of the multifunctional ECR test rig, experiments under hover and forward conditions will be carried out in wind tunnel to verify the validation and the correction of the active control methods based on independent blade pitch control.The outcomes from this project will support the future development of the high performance Electrically Controlled Rotor system.

以电控旋翼为技术平台，利用其特有的桨距可独立控制特性，以减小旋翼通过频率桨毂振动水平和降低旋翼桨涡干扰噪声为目标，首先建立基于独立桨距控制的电控旋翼气动声学及结构动力学理论分析模型；以该模型为基础，通过襟翼操纵输入开环控制仿真，掌握开环控制对旋翼桨毂振动水平和桨涡干扰噪声的影响规律；基于频域最优控制算法，提出基于独立桨距控制的电控旋翼减振降噪单目标及组合目标主动控制方法，利用风洞和电控旋翼综合试验台开展悬停及前飞状态下的电控旋翼主动减振降噪控制试验，验证所提出主动控制方法的正确性和有效性，最终获得经试验验证的基于独立桨距控制的电控旋翼振动噪声主动控制方法，为今后研制高性能电控旋翼提供坚实的技术基础。

电控旋翼是一种新概念旋翼系统，由于取消了传统旋翼的自动倾斜器，每片桨叶的桨距可以进行独立控制，不仅能替代自动倾斜器实现1Ω谐波的旋翼主操纵，也可以同时施加kΩ的高阶谐波桨距控制用于旋翼振动噪声的主动控制，本项目即对此概念进行了探索研究。首先建立了电控旋翼气动声学及结构动力学理论分析模型，以此为基础，通过开环仿真分析，摸清了电控旋翼桨毂振动水平和旋翼噪声的开环控制规律。在此基础上，以最小化电控旋翼桨毂振动水平和旋翼噪声的加权组合为目标，建立了减振降噪主动控制的统一形式二次型最优目标函数，利用卡尔曼滤波算法对基于后缘襟翼各阶偏转与振动/噪声响应之间的频域模型进行在线参数识别，建立了电控旋翼振动和噪声组合目标的主动控制算法。基于所提出的主动控制算法，以样例模型电控旋翼为对象，分别进行了单目标（振动或噪声），以及组合目标（振动和噪声）的控制仿真研究，初步验证了控制算法的有效性。为开展基于独立桨距的电控旋翼主动振动噪声试验研究，以现有的电控旋翼试验台为基础，通过硬件改造升级和测控系统软件开发，建立了试验测试环境。分别在悬停状态和风洞吹风状态下，基于所提出的主动控制算法开展了单目标以及组合目标的主动控制试验。风洞试验结果表明：单独控制振动时，振动控制点处的三个方向振动减小显著，超过50%；单独控制桨涡干扰噪声时，噪声控制点处的桨涡干扰噪声各谐波成分均有不同程度降低，桨涡干扰噪声声压级最多降低约5.7dB；振动噪声同时控制时，三个方向振动水平减小在25%至47%之间，同时，噪声控制点处的桨涡干扰噪声声压级降低约5.0dB。试验结果充分验证了所提出主动控制方法的正确性和有效性。本项目研究所取得的研究成果为我国今后研制高性能电控旋翼奠定了坚实的技术基础。