一種無(wú)人直升機(jī)自轉(zhuǎn)下滑控制方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種無(wú)人直升機(jī)自轉(zhuǎn)下滑控制方法。本發(fā)明專利技術(shù)包括：對(duì)某無(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)下滑飛行剖面的設(shè)計(jì)、飛行控制律設(shè)計(jì)以及仿真驗(yàn)證。本發(fā)明專利技術(shù)仿真實(shí)現(xiàn)了在發(fā)動(dòng)機(jī)失效和尾槳失效故障條件下，控制無(wú)人直升機(jī)安全著陸。該方法通過(guò)分析無(wú)人直升機(jī)的自轉(zhuǎn)飛行特性，設(shè)計(jì)在發(fā)動(dòng)機(jī)失效狀態(tài)下的飛行剖面，生成運(yùn)動(dòng)指令。采用經(jīng)典控制方法，針對(duì)自轉(zhuǎn)飛行的特性進(jìn)行控制律調(diào)參，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)指令的精確跟蹤。在仿真環(huán)境下對(duì)該方法進(jìn)行試驗(yàn)、驗(yàn)證，著陸狀態(tài)達(dá)到了安全要求，證明了該控制方法的有效性。

Method for controlling rotation decline of unmanned helicopter

The invention relates to an automatic glide control method for an unmanned helicopter. The present invention includes: an unmanned helicopter engine failure and tail rotor failure conditions, autorotation flight profile design, the flight control law design and simulation. The invention realizes the simulation of fault conditions in the engine failure and rotor under the control of unmanned helicopter landing. By analyzing the rotation characteristics of an unmanned helicopter, the method designed a flight profile in the engine failure state to generate motion instructions. The classical control method is adopted to control the parameters of the rotation flight, and the accurate tracking of the motion command is realized. In the simulation environment, the method is tested and validated, and the landing state meets the security requirements. The validity of the control method is proved.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種無(wú)人直升機(jī)自轉(zhuǎn)下滑控制方法
本專利技術(shù)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)介紹
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)思路
本專利技術(shù)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。本專利技術(shù)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。本專利技術(shù)具有有益效果：本專利技術(shù)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。本專利技術(shù)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是本專利技術(shù)中設(shè)計(jì)的自轉(zhuǎn)下滑飛行剖面的示意圖。圖2是本專利技術(shù)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是本專利技術(shù)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(shū)附圖對(duì)本專利技術(shù)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為本專利技術(shù)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。本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種無(wú)人直升機(jī)自轉(zhuǎn)下滑控制方法，其特征在于，包括：在無(wú)人直升機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)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。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種無(wú)人直升機(jī)自轉(zhuǎn)下滑控制方法，其特征在于，包括：在無(wú)人直升機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)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...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王冬，趙建偉，禹科，王琳，董強(qiáng)，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)航空工業(yè)第六一八研究所，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：陜西,61