一種無人機進場著陸下滑通道設計與下滑軌跡調整方法技術

本發明專利技術公開一種無人機進場著陸下滑通道設計與下滑軌跡調整方法，屬于飛行控制技術領域。本發明專利技術根據飛機的氣動特性以及發動機特性，規劃出滿足著陸條件的下滑通道；然后根據機場的現場條件及實際需要，確定出合理的平飛高度以及飛機的進場下滑距離，通過改變飛機進場著陸平衡下滑段航跡傾角的方法實現對下滑距離和航跡傾角的調整，有效避開障礙物對飛機進場著陸的影響；最后采用軌跡延拓的方法得到飛機的動壓、速度、迎角、升降舵偏角等參數沿軌跡的變化曲線，實現飛機的安全著陸。本發明專利技術給出了適用于一般五邊航線平飛高度及下滑距離的調整方法，更加適合于具有障礙物影響著陸的情況，提高著陸安全性；設計和調整過程簡單，便于應用。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于飛行控制
，主要涉及一種飛機進場著陸下滑通道設計與五邊航線下滑軌跡調整方法。
技術介紹
五邊航線是一種基本的起落航線，五邊航線由以下五條邊組成，如圖1所示:第一邊(離場邊)、第二邊(側風邊，與跑道方向成90度)、第三邊(下風邊，方向與跑道起飛方向反向平行)、第四邊(基線邊，與跑道垂直)、第五邊(進場邊，與起飛方向相同)。由于五邊航線有五條邊，因此該五邊航線通常由六個點連接構成；在平飛高度的選擇及航點的編排時，需要綜合考慮機場的地理位置、飛機的下滑線角度等因素。對于常規飛行器來說，五邊航線的進場著陸段軌跡由下滑及拉平兩個不同階段組成，如圖2，在下滑過程中飛行器以固定的下滑角和恒定的下滑速度進行下滑，故又可稱為平衡下滑段，當高度低于一定值后進行拉平(一般指數拉起)操作，目的是減小飛行器觸地(到達著陸點)時的下沉率，保證著陸安全。在飛機進行最后的下滑著陸時，由于種種原因，現有的方案大都選取-2.5°作為平衡下滑段的航跡傾角。該種方案雖然使用起來簡單，但是由于下滑線角度固定，導致下滑距離隨著平飛高度的增加而呈線性增加，對于周圍地勢平坦的機場來說可以實現，然而由于某些機場的特殊地理條件，并不能按照傳統方案順利實施，比如在機場周圍有高的障礙物時，若以-2.5°的下滑航跡傾角進行進場著陸就會有撞機的危險；此外在有些情況也需要在平飛高度一定的情況下，對飛機的進場段下滑距離進行調整，利用傳統的固定下滑航跡傾角的方法均不能完成所提出的要求。
技術實現思路
本專利技術為了解決現有技術中需要對下滑距離和下滑航跡傾角進行調整的問題，提供一種飛機進場著陸下滑通道設計與五邊航線下滑軌跡調整方法，所述的方法首先根據飛機的氣動特性以及發動機特性，規劃出滿足著陸條件的下滑通道；然后根據機場的現場條件及實際需要，確定出合理的平飛高度以及飛機的進場下滑距離，通過改變飛機進場著陸平衡下滑段航跡傾角的方法實現對下滑距離和下滑航跡傾角的調整，有效避開障礙物對飛機進場著陸的影響；最后采用軌跡延拓的方法得到飛機的動壓、速度、迎角、升降舵偏角等參數沿軌跡的變化曲線，實現飛機的安全著陸。本專利技術提供的，包括如下步驟:第一步，根據固定航跡傾角和發動機推力為零，分別確定飛機下滑通道的下邊界和上邊界；具體為:將航跡傾角為-2.5°時對應的下滑軌跡作為下滑通道的下邊界；發動機的推力為O時對應的下滑軌跡作為下滑通道的上邊界；第二步，根據五邊航線上障礙物的高度，調整五邊航線，實現飛機安全著陸。具體分兩種情況，第一種，當著陸跑道反向延長線存在可飛躍障礙物，則增加平飛高度并增大航跡傾角后進行下滑，此時下滑距離不變，如圖3所示；第二種，當著陸跑道反向延長線存在不可飛躍障礙物，則減少下滑距離并增大航跡傾角后進行下滑，此時平飛高度不變，如圖4所示。本專利技術的優點在于:(I)給出了設計常規飛行器下滑通道的方法，并據此得到下滑通道的上邊界和下邊界；(2)給出了適用于一般五邊航線平飛高度及下滑距離的調整方法，更加適合于具有障礙物影響著陸的情況，提高著陸安全性；(3)設計和調整過程簡單，便于應用。附圖說明圖1是現有技術中五邊航線示意圖；圖2為現有常規飛行器按照五邊航線進場著陸的下滑通道示意圖；圖3是五邊航線上具有可飛躍障礙物時平飛高度需要調整的下滑軌跡示意圖；圖4是五邊航線上具有不可飛躍障礙物時下滑距離需要調整的下滑軌跡示意圖；圖5是實施例飛機的下滑通道設計上邊界和下邊界結果示意圖；圖6是實施例調整后五邊航線的俯視圖；圖7是實施例調整后進場著陸軌跡的側視圖；圖8是實施例飛機沿調整后軌跡延拓的速度剖面；圖9是實施例飛機沿調整后軌跡延拓的迎角剖面；圖10是實施例飛機沿調整后軌跡延拓的升降舵偏角剖面圖。具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本專利技術作進一步的說明。本專利技術提供的應用于調整五邊航線的平飛高度以及下滑距離的原理是:考慮一個飛機以一個基本的五邊航線的方式進行正向飛行，如圖6所示，在不考慮逆向著陸的情況下，飛機沿航點O點-1點-2點-3點-4點-5點的順序進行飛行。在設計平飛高度及進場段的下滑距離時需要考慮跑道延長線上的障礙物(如圖7中所示)，障礙物分為可飛躍障礙物和不可飛躍障礙物，可飛躍障礙物主要影響五邊航線的平飛高度，而不可飛躍障礙物主要對飛機進場段的下滑距離的選擇有要求。為了使飛機能夠安全的進場著陸，需要采用本專利技術提供的方法對飛行五邊航線的平飛高度以及下滑距離進行重新設計。本專利技術提供的飛機進場著陸下滑通道設計與五邊航線下滑軌跡調整方法具體包括如下步驟:第一步:設計飛機進場著陸下滑通道的上邊界和下邊界；由于飛機進場著陸段的運動學特性和動態限制條件，進場著陸的下滑軌跡(主要是航跡傾角)并不能隨意調整，調整后的下滑軌跡必須能夠滿足著陸時的速度、迎角、姿態等要求。為了給下滑軌跡調整提供限制范圍，因此需要根據飛機的縱向氣動特性以及發動機特性設計下滑通道；而不同的下滑軌跡對應著飛機不同的升阻比，對于常規的有人機和無人機來說，影響平衡下滑過程中升阻比的主要因素是發動機推力，因此通過改變發動機推力可以得到不同的升阻比，從而得到不同的下滑軌跡。對于常規飛機，由于通常情況下航跡傾角均選為-2.5°，因此本專利技術中將航跡傾角為-2.5°時對應的下滑軌跡作為下滑通道的下邊界。而發動機的推力為O時，飛機的升阻比最小，所對應的下滑通道的航跡傾角最大，此時的下滑軌跡是無動力下滑，因此本專利技術中將此時對應的下滑軌跡作為下滑通道的上邊界；下面分別對航跡傾角為-2.5°時，以及發動機推力為O時，下滑軌跡的設計進行具體說明:a、航跡傾角為-2.5°時，下滑軌跡設計；飛機下滑過程中在航跡坐標系下的縱向運動學方程為:權利要求1.，其特征在于，包括如下步驟: 第一步，根據固定航跡傾角和發動機推力為零，分別確定飛機下滑通道的下邊界和上邊界；具體為:將航跡傾角為-2.5°時對應的下滑軌跡作為下滑通道的下邊界；發動機的推力為O時對應的下滑軌跡作為下滑通道的上邊界； 第二步，根據五邊航線上障礙物的高度，調整五邊航線，實現飛機安全著陸；具體分兩種情況，第一種，當著陸跑道反向延長線存在可飛躍障礙物，則增加平飛高度并增大航跡傾角后進行下滑，此時下滑距離不變；第二種，當著陸跑道反向延長線存在不可飛躍障礙物，則減少下滑距離并增大航跡傾角后進行下滑，此時平飛高度不變。2.根據權利要求1所述的，其特征在于:第一步中，航跡傾角為-2.5°時，下滑軌跡設計； 飛機下滑過程中在航跡坐標系下的縱向運動學方程為:3.根據權利要求1所述的，其特征在于:第二步中，對于第一種情況，航跡傾角的最小值全文摘要本專利技術公開，屬于飛行控制
本專利技術根據飛機的氣動特性以及發動機特性，規劃出滿足著陸條件的下滑通道；然后根據機場的現場條件及實際需要，確定出合理的平飛高度以及飛機的進場下滑距離，通過改變飛機進場著陸平衡下滑段航跡傾角的方法實現對下滑距離和航跡傾角的調整，有效避開障礙物對飛機進場著陸的影響；最后采用軌跡延拓的方法得到飛機的動壓、速度、迎角、升降舵偏角等參數沿軌跡的變化曲線，實現飛機的安全著陸。本專利技術給出了適用于一般五邊航線平飛高度及下滑距離的調整方法，更加適合于具有障礙物影響著陸的情況，提高著陸安全性；設計和調整過程簡單，便于應用。文本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種無人機進場著陸下滑通道設計與下滑軌跡調整方法，其特征在于，包括如下步驟：第一步，根據固定航跡傾角和發動機推力為零，分別確定飛機下滑通道的下邊界和上邊界；具體為：將航跡傾角為?2.5°時對應的下滑軌跡作為下滑通道的下邊界；發動機的推力為0時對應的下滑軌跡作為下滑通道的上邊界；第二步，根據五邊航線上障礙物的高度，調整五邊航線，實現飛機安全著陸；具體分兩種情況，第一種，當著陸跑道反向延長線存在可飛躍障礙物，則增加平飛高度并增大航跡傾角后進行下滑，此時下滑距離不變；第二種，當著陸跑道反向延長線存在不可飛躍障礙物，則減少下滑距離并增大航跡傾角后進行下滑，此時平飛高度不變。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：王宏倫，裴云峰，蓋文東，向錦武，
申請(專利權)人：北京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：