本發(fā)明涉及一種無(wú)人直升機(jī)自轉(zhuǎn)下滑控制方法，屬于飛行控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

直升機(jī)的自轉(zhuǎn)下滑飛行，是指當(dāng)直升機(jī)在飛行中出現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)失效或尾槳失效的故障后緊急操縱直升機(jī)，充分利用動(dòng)能和重力勢(shì)能之間的轉(zhuǎn)換，使直升機(jī)穩(wěn)定進(jìn)入自轉(zhuǎn)下滑狀態(tài)，最后實(shí)現(xiàn)安全著陸的過(guò)程。自轉(zhuǎn)性能是直升機(jī)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要指標(biāo)，尤其是對(duì)單發(fā)直升機(jī)來(lái)說(shuō)，自轉(zhuǎn)性能的優(yōu)劣顯得更為重要。

國(guó)內(nèi)僅在某型有人駕駛直升機(jī)上做過(guò)幾個(gè)起落的自轉(zhuǎn)下滑飛行試驗(yàn)，對(duì)無(wú)人直升機(jī)自轉(zhuǎn)下滑的研究國(guó)內(nèi)未見(jiàn)報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種無(wú)人直升機(jī)自轉(zhuǎn)下滑控制方法，在地面半物理仿真試驗(yàn)條件下，模擬無(wú)人直升機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)失效或尾槳失效的故障狀態(tài)，自動(dòng)控制無(wú)人直升機(jī)完成自轉(zhuǎn)下滑飛行，并安全著陸。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種無(wú)人直升機(jī)自轉(zhuǎn)下滑控制方法，包括：

在無(wú)人直升機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)失效和尾槳失效條件下自轉(zhuǎn)下滑，當(dāng)無(wú)人直升機(jī)高度大于25米時(shí)，保持無(wú)人直升機(jī)前向速度＝27m/s；垂直下降速度＝8m/s；

當(dāng)無(wú)人直升機(jī)高度大于10米且小于等于25米時(shí)，對(duì)無(wú)人直升機(jī)進(jìn)行拉平減速，減小前向速度和垂直速度；

當(dāng)無(wú)人直升機(jī)高度小于10米時(shí)，俯仰角改平至懸停姿態(tài)；提總 距減小接地速度，下降率控制在3m/s以內(nèi)完成著陸。

另一種無(wú)人直升機(jī)自轉(zhuǎn)下滑控制方法，包括：

在無(wú)人直升機(jī)尾槳失效條件下自轉(zhuǎn)下滑，穩(wěn)定直升機(jī)姿態(tài)，當(dāng)無(wú)人直升機(jī)高度大于75米時(shí)，保持無(wú)人直升機(jī)垂直下降速度＝8m/s；

當(dāng)無(wú)人直升機(jī)高度大于25米時(shí)，保持無(wú)人直升機(jī)垂直下降速度＝4m/s；

當(dāng)無(wú)人直升機(jī)高度小于等于25米時(shí)，保持無(wú)人直升機(jī)垂直下降速度＝1m/s，完成著陸。

本發(fā)明具有有益效果：本發(fā)明是一種無(wú)人直升機(jī)自轉(zhuǎn)下滑控制方法，該方法能夠在發(fā)動(dòng)機(jī)失效或尾槳失效的故障狀態(tài)下，自動(dòng)控制無(wú)人直升機(jī)完成自轉(zhuǎn)下滑并安全著陸，在緊急情況下保障飛行安全。本發(fā)明已應(yīng)用于某無(wú)人直升機(jī)的地面半物理試驗(yàn)研究，在試驗(yàn)條件下達(dá)到安全著陸要求。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明中設(shè)計(jì)的自轉(zhuǎn)下滑飛行剖面的示意圖。

圖2是本發(fā)明進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)失效時(shí)自轉(zhuǎn)下滑仿真試驗(yàn)驗(yàn)證的曲線。

圖3是本發(fā)明進(jìn)行尾槳失效時(shí)自轉(zhuǎn)下滑仿真試驗(yàn)驗(yàn)證的曲線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合說(shuō)明書附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做進(jìn)一步說(shuō)明。

一種無(wú)人直升機(jī)自轉(zhuǎn)下滑控制方法，包括：

在無(wú)人直升機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)失效和尾槳失效條件下自轉(zhuǎn)下滑，當(dāng)無(wú)人直升機(jī)高度大于25米時(shí)，保持無(wú)人直升機(jī)前向速度＝27m/s；垂直下降速度＝8m/s；

當(dāng)無(wú)人直升機(jī)高度大于10米且小于等于25米時(shí)，對(duì)無(wú)人直升機(jī)進(jìn)行拉平減速，減小前向速度和垂直速度；

當(dāng)無(wú)人直升機(jī)高度小于10米時(shí)，俯仰角改平至懸停姿態(tài)；提總距減小接地速度，下降率控制在3m/s以內(nèi)完成著陸。

另一種無(wú)人直升機(jī)自轉(zhuǎn)下滑控制方法，包括：

在無(wú)人直升機(jī)尾槳失效條件下自轉(zhuǎn)下滑，穩(wěn)定直升機(jī)姿態(tài)，當(dāng)無(wú)人直升機(jī)高度大于75米時(shí)，保持無(wú)人直升機(jī)垂直下降速度＝8m/s；

當(dāng)無(wú)人直升機(jī)高度大于25米時(shí)，保持無(wú)人直升機(jī)垂直下降速度＝4m/s；

當(dāng)無(wú)人直升機(jī)高度小于等于25米時(shí)，保持無(wú)人直升機(jī)垂直下降速度＝1m/s，完成著陸。

實(shí)施例

1.發(fā)動(dòng)機(jī)失效的自轉(zhuǎn)下滑控制方法

設(shè)計(jì)自轉(zhuǎn)下滑的飛行剖面如圖1，自轉(zhuǎn)下滑飛行過(guò)程的概況見(jiàn)表1。

表1 自轉(zhuǎn)下滑飛行階段

發(fā)動(dòng)機(jī)失效時(shí)自轉(zhuǎn)下滑的仿真數(shù)據(jù)曲線如圖2。

1.1.穩(wěn)定自轉(zhuǎn)段

分析自轉(zhuǎn)下滑時(shí)前飛速度與下降率的關(guān)系。其基本規(guī)律是：維持一定的前飛速度可以使下降率達(dá)到最小，過(guò)大或過(guò)小的前飛速度都會(huì)增大下降率。最終確定穩(wěn)定自轉(zhuǎn)飛行時(shí)，前飛速度和下降率指令。

因此，進(jìn)入自轉(zhuǎn)下滑時(shí)，先快速降總距到最低，同時(shí)投入垂直速度保持模態(tài)和空速給定與保持模態(tài)，按前述指令給定垂直速度和空速。直升機(jī)保持勻速前飛和下降，旋翼轉(zhuǎn)速緩慢下降。由于快速降總距引起的擾動(dòng)，以及直升機(jī)進(jìn)入自轉(zhuǎn)下滑后特性的變化，對(duì)縱向和橫向姿態(tài)控制的比例項(xiàng)控制增益適當(dāng)減小。

1.2.拉平減速段

在距離地面25m左右，提總距并后拉周期桿，減小下降率和前飛速度。通過(guò)速度遙調(diào)和垂直速度給定來(lái)實(shí)現(xiàn)拉平減速的機(jī)動(dòng)。拉平減速的高度根據(jù)直升機(jī)數(shù)學(xué)模型特性做適當(dāng)調(diào)整。

垂直速度控制分兩階段完成。高度大于11m時(shí)給定－4m/s垂直速度，高度小于11m時(shí)給定0m/s垂直速度。對(duì)于前向速度的控制，在高度大于6m時(shí)給定0m/s前向速度。為了適應(yīng)在拉平減速過(guò)程中的大機(jī)動(dòng)操作，需要放大各軸的控制權(quán)限。

1.3.著陸

直升機(jī)在8－10m高度將垂直速度和前飛速度減小到接近0。為了快速減速，俯仰角會(huì)增大到25度左右。在繼續(xù)下落的過(guò)程中控制俯仰角快速減小，在接地時(shí)姿態(tài)也恢復(fù)0度附近，下降率控制在3m/s以內(nèi)完成著陸。

2.尾槳失效的自轉(zhuǎn)下滑控制方法

圖3為本發(fā)明進(jìn)行尾槳失效時(shí)自轉(zhuǎn)下滑仿真試驗(yàn)驗(yàn)證的曲線。尾槳失效時(shí)需要關(guān)閉或脫開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力，執(zhí)行類似自轉(zhuǎn)下滑的操作。進(jìn)入尾槳失效后，與發(fā)動(dòng)機(jī)失效時(shí)類似先將總距降到最低。由于直升機(jī)特性的變化，需要增大縱、橫軸比例、微分項(xiàng)增益，在提總距過(guò)程中需要對(duì)控制增益進(jìn)一步增大。

由于直升機(jī)航向不可控，控制前飛速度會(huì)導(dǎo)致直升機(jī)更不穩(wěn)定。 因此，縱向和橫向控制僅采用姿態(tài)保持模態(tài)，穩(wěn)定直升機(jī)姿態(tài)。總距軸投入垂直速度控制模態(tài)，高度大于75m時(shí)給定－8m/s垂直速度，高度大于25m時(shí)給定－4m/s垂直速度，高度小于25m時(shí)給定－1m/s垂直速度。

進(jìn)入尾槳失效并降距后，直升機(jī)航向緩慢擺動(dòng)，前飛速度緩慢減小。提總距后航向開(kāi)始不斷回轉(zhuǎn)，靠姿態(tài)保持模態(tài)穩(wěn)定縱、橫向姿態(tài)角。最終實(shí)現(xiàn)以較小的姿態(tài)角和垂直速度著陸。