专利名称：调节旋翼机的至少一个缺陷旋翼的方法
技术领域：
本发明涉及调节例如直升飞机的旋翼机的至少一个缺陷旋翼的方法。
在本发明的上下文中，术语“调节缺陷旋翼”被用来表示为了减小或最小化例如座舱的旋翼机的至少一部分的震动而调节元件(例如桨叶间距控制连杆、补偿块、或安装在旋翼的桨叶上的调整翼片)。
这种震动构成一个主要问题，需要克服该问题，因为该震动会导致-会导致材料疲劳现象、并因此对安全性具有直接影响的在整个旋翼机上的交变应力；-会降低机身安装设备、特别是武器的精确度和有效度的旋翼机机身的震动；以及-必然高度干扰飞行员与乘客舒适度的机舱震动。
本申请人名下的专利FR 2824395公开了一种调节旋翼飞机的旋翼的方法。此方法在于使用了基准神经网络，该基准神经网络表示在基准旋翼机的至少一部分上所产生震动的加速度之间、以及缺陷与调节参数之间的关系。
回顾神经网络通常由一组并联工作的元件构成，从而对于给定数据输入，通过神经网络来表征该组(元件)的输出。这些元件都基于生物学神经系统。因为使用生物学神经元，神经网络的功能很大程度上根据元件之间的连接来确定。因而可能“训练”神经网络使其能够通过调节元件之间连接的值(称为权重的值)来获得一些特定功能。该“训练”用确保各个给定输入会使网络发送一特定输出的方式来执行或调节。在神经网络的论题上，可以参考例如由D.Rumlhart、G.Hinton、以及R.Williams于1996年发表在自然周刊323卷，第533到536页上的题为“Learningrepresentation by back propagation errors”的论文。
当缺陷在一特定旋翼机旋翼上标识出来时，具有入口单元与出口单元的神经网络被用来确定至少一个要改变的调节参数。然后通过最小化以下表达式来获得要改变的调节参数的调节值αΣcλcΣaλaΣhλh||Rc,a,h(α)+γc,a,h||2]]>其中-λc是取决于飞行阶段c(悬停、巡航、…)的加权系数；
-λa是取决于加速度表a的加权系数；-λh是取决于谐波h的加权系数；-Rc，a，h是来自神经网络的对应于谐波h、加速度表a、以及飞行阶段c的输出单元；以及-γc，a，h是如通过加速度表a对飞行阶段c的测量的在频率h上的加速度信号。
然而，该表达式并没有考虑旋翼机的占用者，即工作人员和乘客的生理感受。机舱中保持一种实质不平衡感觉，这是特别不舒适而且甚至是危险的，因为只有飞行员舒适才能安全。这种实质不平衡是由旋翼机旋翼的谐波B-1与B的振动之间的耦合导致的震动频率差拍影响所产生的，其中B是旋翼桨叶的数目。
本发明的一个目的是提出一种能够通过引入一系数、并使机舱震动级别与其占用者的生理感受相关联来克服上述限制，为了方便起见该系数在下文中称为“爆震”(Knock)系数。
在调节旋翼机的主旋翼与反转矩旋翼时考虑占用者的生理感受是特别有创造性的，因为除了所测量的震动级别之外还考虑到了健康标准。
根据本发明，调节特定旋翼机的至少一个缺陷主旋翼或反转矩旋翼的方法使用神经网络，该神经网络表示首先是表示在基准旋翼机的至少一部分上所产生震动的加速度之间的关系、以及其次是缺陷与调节参数之间的关系。在确定缺陷旋翼的可能缺陷之后，通过最小化以下调节关系式容易定义调节参数的至少之一的调节值αΣcλcΣaλa(Σh=1B-2(λh||Rc,a,h(α)+γc,a,h||2)+λB-1(||Rc,a,B-1(α)+γc,a,B-1||2||γc,a,B||)2)]]>其中-λc、λa、λh、以及λB-1是分别取决于飞行阶段c(悬停、巡航…)、加速度表a、谐波h、以及旋翼的桨叶B的数目减一的加权系数；-Rc，a，h是对应于谐波h、加速度表a、以及飞行阶段c的神经网络的输出单元；-Rc，a，B-1是对应于谐波B-1、加速度表a、以及飞行阶段c的神经网络的输出单元；-γc，a，h是通过加速度表a对飞行阶段c测量的在频率h上的加速度信号；-γc，a，B是通过加速度表a对飞行阶段c测量的在频率B上的加速度信号；-γc，a，B-1是通过加速度表a对配置阶段c测量的在频率(B-1)上的加速度信号。
第二项
||Rc,a,B-1(α)+γc,a,B-1||2||γc,a,B||]]>表示震动系数。这样，调节缺陷旋翼将考虑对于旋翼机的占用者不能忽略的生理学标准。
另外，有利地是，根据使用视为可变形体的基准旋翼机的至少第一系列测量可获得神经网络，该基准旋翼机具有根据基准调节值调节的无缺陷主旋翼与反转矩旋翼，从而所述基准旋翼机的至少一部分的震动级别处于最小。
此外，在所述基准旋翼机的特定工作期间，通过测量至少一加速度的值来执行第一系列测量，其中该加速度是在所述基准旋翼机部分的任意位置测量的，并且表示在所述基准旋翼机部分上产生的震动a)首先使用调节到所述基准调节时的基准旋翼机的无缺陷主旋翼或反转矩旋翼；b)其次通过将缺陷引入到所述无缺陷主旋翼或反转矩旋翼；以及c)接着改变旋翼的多个调节参数的调节值。
最好在至少下面测试飞行期间进行第一系列测量-具有调节成所述基准调节的无缺陷主旋翼或反转矩旋翼的基准飞行；-具有主旋翼或反转矩旋翼缺陷的飞行；-桨叶的至少一平衡器有特定错误调节的飞行；-至少一桨叶的连杆有特定错误调节的飞行；以及-设置在桨叶后缘上的至少一补偿调整翼片有特定错误调节的飞行。
另外，在进行测量期间，测试飞行的至少之一包括下面阶段-悬停飞行阶段；-以约50米每秒(m/s)巡航飞行的阶段；-以最大连续功率飞行的阶段；以及-主旋翼与反转矩旋翼都在旋转的地面测试。
根据本发明，为了检测缺陷旋翼的任何缺陷d)通过测量在一特定旋翼机的具体运行期间，所述具体旋翼机部分上的至少若干加速度值，来对所述特定旋翼机上进行第二系列测量；以及e)基于所述第二系列加速度测量、以及基于神经网络，在所述缺陷旋翼中检测可能的缺陷。
最后，调节元件确定包括至少以下的调节参数
-缺陷旋翼的各个桨叶的平衡器；-缺陷旋翼的除了作为基准桨叶的桨叶之外的各个桨叶上的连杆；以及-在此缺陷旋翼是主旋翼的情况下，缺陷旋翼的各个桨叶后缘上的补偿调整翼片。
在下面参考附图作为示例给出的实施例的描述的上下文中，将更为详细地呈现本发明及其优点，其中-
图1示出应用了本发明方法的旋翼机；以及-图2示出设置有调节元件的旋翼桨叶。
用相同标号给出两幅附图中的相同元件。
图1示出应用了本发明的方法的旋翼机1、更精确是直升飞机。它包括在其前部3具有座舱的机身2。机身2的中间部分4具有发动机装置5，该发动机装置5具体用来旋转主旋翼6以便提供驱动力与升力、并具有多个桨叶7。
另外，机身2通过尾梁8向后延伸，并具有安装在尾梁末端的带有方向舵13的尾翼9。此外，尾梁8包括例如在尾翼9底部的反转矩旋翼10，该反转矩旋翼具有桨叶12并经由传动轴11由发动机装置5旋转。有益地，反转矩旋翼10是导流管式的，且该导流管由尾翼9的底部构成。
为了简化描述，此旋翼机可代表具有无缺陷主旋翼6与反转矩旋翼10的基准旋翼机，或者它可代表用于调节的其主旋翼6与反转矩旋翼10的至少之一含有缺陷的特定旋翼机。基准旋翼机与特定旋翼机的相同元件将通过相同的标号给出。
本发明提供了一种在旋翼有缺陷时调节主旋翼6与反转矩旋翼10的至少之一，以便于在旋翼机1的三个方向(轴向、横向、纵向)获得低级别震动，从而达到最佳舒适与最大运行安全的方法。
此方法使用了在训练阶段建立的神经网络。它表示首先是表示在基准旋翼机的至少一部分(座舱3和/或尾梁8)上产生的震动的加速度之间的关系、以及其次是缺陷与调节参数之间的关系。通过神经网络转换成数学形式的这些关系对于一些给定旋翼机的类型(松鼠、海豚、…)而言是基本关系。
另外，神经网络是根据至少第一系列测量获得的，该第一系列测量使用视为可变形体的基准旋翼机、并将其无缺陷主旋翼6与反转矩旋翼10调节成使得基准旋翼机的至少一部分(例如座舱3或尾梁8)的震动级别最小的基准调节。
此外，该第一系列测量是在所述基准旋翼机的特定运行期间通过测量至少一加速度的值进行的。这些测量代表在基准旋翼机的所述部分产生的震动，并且在基准旋翼机的所述部分的任意位置执行a)首先使用调节到所述基准调节的基准旋翼机的无缺陷主旋翼6或反转矩旋翼10；b)其次同时将缺陷引入到所述无缺陷主旋翼6或反转矩旋翼10；以及c)接着通过改变主旋翼6或反转矩旋翼10的多个调节参数的调节值。
神经网络通过依次改变各个调节参数与各个缺陷、并通过记录在旋翼机的所述部分的多个适当选定位置上相对基准的震动(加速度)差来获得。对于各种运行配置与各谐波(通过傅立叶变换获得)，该网络给出各个测量点、各个调节参数、以及各个缺陷之间的关系。
神经网络(专用于各类旋翼机)是“前馈”类型，由无偏置的Nce输入单元构成(Nce＝Np调节参数x Nd缺陷xB桨叶，其中“x”表示乘法)，且具有作为其激活函数的恒等函数。输出层由Ncs单元构成(Ncs＝Na加速度表xNc飞行阶段xNh用于各个权重的实部和虚部)，同样将该恒等函数作为其激活函数，并且也无偏置。
在此情况下，开始时标识随后将要寻找的各个缺陷。以桨叶的阻尼器为例，执行以下操作-呈现将要在特定旋翼机中检测的缺陷的阻尼器被安装在基准旋翼机上；-在地面上主旋翼6与反转矩旋翼10在旋转，如果阻尼器的状态使得以下情形可能则也可以是在飞行中记录与缺陷相关联的震动，且根据适当的振幅和相位建立缺陷信号以便与无缺陷基准信号区分开来。因而神经网络被“训练”成具有此缺陷，并且随后可以识别此缺陷。
因而，在特定旋翼机上的运行中，缺陷信号将通过神经网络基于从预先建立的缺陷表中获得的适当标准来识别，并且根据来自检测器的信号的特定振幅或相位变化来执行该识别。
有利地是，检测器是常规加速度表21、22、23、24，所以它们可以测量加速度。特别是为了调节主旋翼6，这些加速度最好以无限方式包括下面在座舱3中测量的加速度的至少一部分-在座舱3地板上的纵向、横向、以及垂直方向加速度，且能够通过加速度表21来测量，该座舱3基本上垂直地处于主旋翼6的桅杆6A的下方；-飞行员座位的垂直加速度；以及-通过加速度表22与23测量的副飞行员座位的垂直及纵向加速度。
相似地，为了调节反转矩旋翼10，例如经由加速度表24测量的带有反转矩旋翼10的尾梁8的加速度。
此外，本发明的方法在发展阶段是值得注意的，它使得检测缺陷主旋翼6或反转矩旋翼10的可能缺陷，并且通过实现调节关系来确定调节参数的至少之一的调节值成为可能。
为了检测缺陷主旋翼6或反转矩旋翼10的可能缺陷d)通过在所述特定旋翼机的特定操作期间测量特定旋翼机的部分3、8的至少某加速度的值，在特定旋翼机上执行第二系列测量；以及e)基于此第二系列加速度测量、并基于神经网络来检测所述缺陷主旋翼6或反转矩旋翼10的可能缺陷。
另外，通过最小化以下调节关系式获得调节参数的至少之一的调节值αΣcλcΣaλa(Σh=1B-2(λh||Rc,a,h(α)+γc,a,h||2)+λB-1(||Rc,a,B-1(α)+γc,a,B-1||2||γc,a,B||)2)]]>其中-λc、λa、λh、以及λB-1是分别取决于飞行阶段c(悬停、巡航…)、加速度表a、谐波h、以及旋翼的桨叶B的数目减一的加权系数；-Rc，a，h是对应于谐波h、加速度表a、以及飞行阶段c的神经网络的输出单元；-Rc，a，B-1是对应于谐波B-1、加速度表a、以及飞行阶段c的神经网络的输出单元；-γc，a，h是通过加速度表a对飞行阶段c测量的在频率h上的加速度信号；-γc，a，B是通过加速度表a对飞行阶段c测量的在频率B上的加速度信号；-γc，a，B-1是通过加速度表a对飞行阶段c测量的在频率(B-1)上的加速度信号。
图2示出设置有调节元件的主旋翼6或反转矩旋翼10的桨叶7。
为了调节旋翼6、10，以上定义的调节元件的参数进行如下操作-最好在桨叶的套筒26设置平衡器25，以便最小化置有桨叶的缺陷旋翼6、10的不平衡；-如果缺陷旋翼是主旋翼6，则在其桨叶7的后缘29上排列补偿调整翼片28，用来补偿同一旋翼的两个桨叶之间升力的差值；以及-连杆27可伸长或缩短以便增加或减小缺陷旋翼6、10的桨叶的升力；改变连杆27的长度对缺陷旋翼6、10的桨叶的升力的影响是基于连杆27连接到桨叶的点的相对位置的函数。例如，如果连杆27连接到桨叶的前缘，则增加连杆27的长度会增大所述桨叶的升力。另外，如果连杆27连接到桨叶的后缘，则增大连杆27的长度会减小桨叶的升力。
在本发明的另一变体中，至少在以下测试飞行期间进行第一系列测量-具有调节成用于最小化震动级别的基准调节的主旋翼6和反转矩旋翼10的基准飞行；-在主旋翼6与反转矩旋翼10中具有缺陷的飞行；-桨叶7的至少一个平衡器25有特定错误调节的飞行；-桨叶7的至少一个连杆27有特定错误调节的飞行；以及-设置在桨叶7的后缘29上的至少一个补偿调整翼片28有特定错误调节的飞行。
另外，在进行测量期间，测试飞行的至少之一包括以下阶段-悬停飞行阶段；-以约50米每秒(m/s)巡航飞行的阶段；-以最大连续功率飞行的阶段；以及-主旋翼6与反转矩旋翼10都在旋转的地面测试。
最后，为了在训练阶段构建神经网络，考虑下面的假设-主旋翼6与反转矩旋翼10视为非各向同性；-将旋翼机1假定为主旋翼6与反转矩旋翼10的震动频率的最初两次谐波的可变形体；-首先是缺陷与调节参数之间的关系、其次是加速度值之间的关系是非线性的；以及-将存在于旋翼机1的特定点上的震动级别假定为对应于在所述特定点产生的、并由缺陷与所述调节参数的错误调节导致的各个震动的总和。
自然地，能够对本发明的实现进行许多改变。尽管上面描述了一特定实现，但是容易理解不可能穷举出所有可能的实现。
权利要求
1.一种使用神经网络调节具体旋翼机的至少一缺陷主旋翼或反转矩旋翼(6，10)的方法，所述神经网络表示首先是表示在基准旋翼机的至少一部分产生的震动的加速度之间的关系、以及其次是缺陷与调节参数之间的关系，其特征在于，所述方法包括下面步骤-确定所述缺陷旋翼的任何缺陷；以及-通过最小化以下关系式确定所述调节参数的至少之一的调节值(α)ΣcλcΣaλa(Σh=1B-2(λh||Rc,a,h(a)+γc,a,h||2)+λB-1(||Rc,a,b(a)+γc,a,B-1||2||rc,a,B||)2)]]>其中-λc、λa、λh、以及λB-1是分别取决于飞行阶段c(悬停、巡航…)、加速度表a、谐波h、以及旋翼的桨叶B的数目减一的加权系数；-Rc，a，h是对应于所述谐波h、所述加速表a、以及所述飞行阶段c的所述神经网络的输出单元；-Rc，a，B-1是对应于所述谐波B-1、所述加速表a、以及所述飞行阶段c的所述神经网络的输出单元；-γc，a，h是通过所述加速度表a对所述飞行阶段c测量的在频率h上的加速度信号；-γc，a，B是通过所述加速度表a对所述飞行阶段c测量的在频率B上的加速度信号；-γc，a，B-1是通过所述加速度表a对所述飞行阶段c测量的在频率(B-1)上的加速度信号。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述神经网络根据使用视为可变形体的基准旋翼机(1)从至少第一系列测量中获得，其中所述无缺陷主旋翼与反转矩旋翼(6，10)被调节成使所述基准旋翼机(1)的至少一部分(3，8)的震动级别处于最小的基准调节。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述基准旋翼机的特定运行期间通过测量至少一加速度进行所述第一系列测量，其中所述测量在所述基准旋翼机的所述部分(3，8)的任意位置上进行，并且表示在所述基准旋翼机的所述部分(3，8)上产生的震动a)首先使用调节到所述基准调节的所述基准旋翼机(1)的所述无缺陷主旋翼或反转矩旋翼(6，10)；b)其次通过将缺陷引入到所述无缺陷主旋翼或反转矩旋翼(6，10)；以及c)接着通过改变所述主旋翼或反转矩旋翼(6，10)的多个调节参数的调节值。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一系列测量至少在以下测试飞行中执行-具有调节成所述基准调节的所述主旋翼与反转矩旋翼(6，10)的基准飞行；-所述主旋翼与反转矩旋翼(6，10)具有缺陷的飞行；-桨叶(7)的至少一平衡器(25)有特定错误调节的飞行；-桨叶(7)的至少一连杆(25)有特定错误调节的飞行；以及-设置在桨叶(7)的所述后缘(29)上的至少一补偿调整翼片(28)有特定错误调节的飞行。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在执行测量期间，所述测试飞行的至少之一包括下面阶段-悬停飞行阶段；-以50米每秒(m/s)巡航飞行的阶段；-以最大连续功率飞行的阶段；以及-所述主旋翼与反转矩旋翼(6，10)都在旋转的地面测试。
6.如前面任一权利要求所述的方法，其特征在于，为了检测所述缺陷旋翼(6，10)的所述缺陷(如果有的话)，执行以下步骤d)通过测量在所述具体旋翼机的特定操作期间所述特定旋翼机的所述部分(3，8)上的所述加速度值的至少一部分，在所述特定旋翼机上进行第二系列测量；以及e)根据所述第二系列加速度测量、以及根据所述神经网络，检测所述缺陷旋翼(6，10)的所述缺陷(如果有的话)。
7.如前面任一权利要求所述的方法，其特征在于，定义所述调节参数的调节元件至少包括-用于所述缺陷旋翼(6，10)的各个桨叶(7)的平衡器(25)；-在所述缺陷旋翼(6，10)的除了表示基准桨叶的桨叶之外的各个所述桨叶(7)上的连杆(27)；以及-如果所述缺陷旋翼是所述主旋翼(6)，则在所述缺陷旋翼的各个所述桨叶(7)的后缘(29)上的补偿调整翼片(28)。
全文摘要
本发明涉及一种调节具体旋翼机的至少一个缺陷主旋翼或反转矩旋翼的方法。该方法使用表示首先是表示在基准旋翼机的至少一部分产生的震动的加速度之间的关系、以及其次是缺陷与调节参数之间的关系的神经网络。在确定缺陷旋翼的缺陷(如果有的话)之后，通过最小化下面的关系式容易定义调节参数的至少之一的调节值α。
文档编号B64C27/00GK1965217SQ200580018751
公开日2007年5月16日 申请日期2005年6月2日 优先权日2004年6月10日
发明者P-A·奥堡 申请人:尤洛考普特公司