中航工業(yè)直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所 黃小俊

航空重力起伏飛行中測(cè)量數(shù)據(jù)受直升機(jī)姿態(tài)的影響分析

中航工業(yè)直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所 黃小俊

隨著社會(huì)的全面發(fā)展，航空起伏飛行中測(cè)量數(shù)據(jù)受直升機(jī)姿態(tài)的影響十分顯著。為了能夠使得測(cè)量的信息數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。其需要采用多種不同的方法使得測(cè)量數(shù)據(jù)所受影響全面降低。本文主要針對(duì)航空重力起伏飛行中測(cè)量數(shù)據(jù)受飛行姿態(tài)的影響進(jìn)行分析，并提出了相應(yīng)的優(yōu)化措施。

航空重力；起伏飛行；測(cè)量數(shù)據(jù)；直升機(jī)姿態(tài)

航空重力測(cè)量相當(dāng)關(guān)鍵，其是直升機(jī)能夠正常運(yùn)行的基礎(chǔ)。在進(jìn)行整體的運(yùn)行分析中，其需要采用多種不同的方式對(duì)其飛行參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。其需要對(duì)整體的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。同時(shí)，在速度修正以及精度的預(yù)測(cè)方面，其需要對(duì)垂直擾動(dòng)的參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)控制，最終使得數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體系得到全面性的優(yōu)化。

1.航空重力起伏飛行中數(shù)據(jù)測(cè)量現(xiàn)狀

近些年來(lái)，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)得到了非常迅速的發(fā)展，而航空行業(yè)的發(fā)展也得到了極大的進(jìn)步。到目前為止，國(guó)內(nèi)的航空重力測(cè)量使用的測(cè)量設(shè)備，主要有這兩個(gè)系統(tǒng)：（1）是由美國(guó)Micro-g-Lacoste Inc.公司研發(fā)的TAGS航空中立系統(tǒng)；（2）由俄國(guó)進(jìn)行制造的GT-1A型航空重力系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的應(yīng)用從極大程度上豐富了我國(guó)的航空重力測(cè)量資料，而這些資料的豐富也進(jìn)一步增加了我國(guó)的重力場(chǎng)的信息，對(duì)我國(guó)航空方面的研究有著極大的促進(jìn)作用。

但由于我國(guó)的航空研究水平還處于一個(gè)比較初級(jí)的階段，很多技術(shù)還不夠完善，在進(jìn)行研究的過(guò)程中，還存在著一些問(wèn)題。尤其是在測(cè)量方法技術(shù)這一方面，還存在著很大的問(wèn)題。一般在測(cè)量飛行的時(shí)候，主要為同一海拔高度平飛的方式來(lái)進(jìn)行測(cè)量，但是在遇到一些比較復(fù)雜的地勢(shì)的時(shí)候，測(cè)量就很難正常進(jìn)行了。[1]針對(duì)這一問(wèn)題，目前主要采用的解決辦法就是，分別采用兩個(gè)高度進(jìn)行重疊飛行。但是通過(guò)這種方式，就會(huì)帶來(lái)一些負(fù)面影響：①會(huì)在很大程度上增加測(cè)量的工作量；②會(huì)在一定程度上增加拼圖的難度。針對(duì)這兩個(gè)方面的問(wèn)題，可以通過(guò)進(jìn)行適當(dāng)?shù)木徠鸱w行來(lái)對(duì)難度進(jìn)行適當(dāng)?shù)木徑猓疫€不會(huì)影響到數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，是一種非常有效的解決方式。

2.試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，一般都是采用某直升機(jī)作為航空重力測(cè)量系統(tǒng)的載體，而在進(jìn)行相應(yīng)的起伏作業(yè)的時(shí)候，直升機(jī)的姿態(tài)會(huì)發(fā)生一定的變化，從而引起重力儀平臺(tái)發(fā)生一定的變化，而這個(gè)時(shí)候，重力儀平臺(tái)變化所產(chǎn)生的一些離得影響，會(huì)疊加到重力異常的數(shù)據(jù)之中。但是如果在一定的條件下，對(duì)這種影響進(jìn)行有效的控制，就可以在之后的處理工作中，消除其中的誤差影響，還可以進(jìn)一步提高作業(yè)的效率。而且，在進(jìn)行試驗(yàn)的過(guò)程中，還需要對(duì)其中的測(cè)線(xiàn)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，以保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定。其中，直升機(jī)爬升率的測(cè)量，也是非常重要的一個(gè)部分，做好直升機(jī)爬升率的測(cè)量主要是為了能夠在一個(gè)較好的狀態(tài)下保持直升機(jī)的穩(wěn)定。[2]一般在進(jìn)平飛和起伏的作業(yè)時(shí)，好要求相應(yīng)的駕駛員在測(cè)線(xiàn)內(nèi)，全程使用自動(dòng)駕駛儀來(lái)對(duì)直升機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的控制，以防止出現(xiàn)人為因素的干擾，進(jìn)一步提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。

3.實(shí)驗(yàn)實(shí)施

2010年7月在某海域進(jìn)行了緩起伏飛行試驗(yàn)，測(cè)線(xiàn)長(zhǎng)度為100 km，測(cè)線(xiàn)方向?yàn)槟媳毕?，測(cè)線(xiàn)內(nèi)飛行地速220 km / h，同一條測(cè)線(xiàn)進(jìn)行重復(fù)飛行10次(平飛4次，起伏飛行6次)。比較平飛數(shù)據(jù)與起伏飛行數(shù)據(jù)的差異，分析直升機(jī)起伏飛行引起的姿態(tài)變化對(duì)空間重力異常數(shù)據(jù)的影響。在進(jìn)行測(cè)試的過(guò)程中，其不同的線(xiàn)體結(jié)構(gòu)會(huì)有不同的參數(shù)變化。而其在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的實(shí)施過(guò)程中，其需要結(jié)合直升機(jī)姿態(tài)的變化情況對(duì)實(shí)驗(yàn)體系進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)施。

4.直升機(jī)姿態(tài)結(jié)果分析

從之前的實(shí)驗(yàn)中，我們可以非常清楚地看到測(cè)量的整個(gè)過(guò)程，以及測(cè)量的數(shù)據(jù)。其中直升機(jī)的姿態(tài)角可以分解為三個(gè)分量：（1）測(cè)滾角；（2）俯仰角；（3）航向角。

我們能夠十分清晰的看到，當(dāng)直升機(jī)進(jìn)行平飛的作業(yè)時(shí)，其中的俯仰角的平均值為5.29°，最大值為5.72°。[3]這就說(shuō)明直升機(jī)的姿態(tài)為機(jī)頭上揚(yáng)5°左右；而且如果直升機(jī)以一定的爬升率進(jìn)行作業(yè)是時(shí)候，其中的俯仰角度有會(huì)發(fā)生一定的改變，機(jī)頭的角度也會(huì)有所變化。但是我們可以從中得出這樣一條結(jié)論：當(dāng)直升機(jī)在進(jìn)行爬升作業(yè)的時(shí)候，機(jī)頭會(huì)在平飛角度的基礎(chǔ)上向上傾斜，而且爬升率越大，傾斜的角度也就越大；而直升機(jī)在進(jìn)行下降的作業(yè)時(shí)，其中的機(jī)頭會(huì)在平飛角度的基礎(chǔ)上，向下進(jìn)行傾斜的時(shí)候，下降率越大，傾斜的角度也就越大。

而通過(guò)一定的統(tǒng)計(jì)和分析，我們對(duì)直升機(jī)平飛的各個(gè)角度的姿態(tài)進(jìn)行了一定的比較，直升機(jī)進(jìn)行起伏飛行時(shí)，其中測(cè)滾角和航向角，與平飛姿態(tài)飛行時(shí)的變化并補(bǔ)發(fā)，只有俯仰角會(huì)發(fā)生比較明顯的變化。直升機(jī)的爬升率越高，俯仰角度越大；反之，俯仰角就越小。

5.空間重力異常結(jié)果分析

經(jīng)過(guò)相關(guān)的研究和分析，相關(guān)的研究人員都強(qiáng)調(diào)了航空重力重復(fù)線(xiàn)性數(shù)據(jù)的一致性，一般都會(huì)對(duì)其中的一些線(xiàn)的重復(fù)數(shù)據(jù)進(jìn)行更進(jìn)一步的分析和計(jì)算，并以其中重復(fù)縣的內(nèi)附和精度值作為評(píng)價(jià)的基本標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于飛行中出現(xiàn)的異常結(jié)構(gòu)，其需要結(jié)合整體的數(shù)據(jù)體系進(jìn)行不同層面的數(shù)據(jù)控制。同時(shí)，在具體的分析過(guò)程中，其可以結(jié)合內(nèi)符合精度對(duì)平飛數(shù)據(jù)進(jìn)行精確的控制。其整體的體系結(jié)構(gòu)圖如下所示：

從上圖中我們能夠十分清晰的看到其飛行參數(shù)的變化情況，在整體的參數(shù)體系結(jié)構(gòu)中，當(dāng)其縱向精度小于0.8 meal，呈現(xiàn)出比較好的一致性。[4]大梯度異常的符合程度最好，平緩異常位置的數(shù)據(jù)波動(dòng)在正常范圍內(nèi)。同時(shí)，對(duì)于重力異常數(shù)據(jù)，其會(huì)采用多種不同的方式對(duì)異常信息數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。這樣，整體的測(cè)量參數(shù)也會(huì)受到直升機(jī)姿態(tài)的影響全面降低。最終使得航空重力坡度小于2度的緩起伏測(cè)量飛行。

在進(jìn)行平行參數(shù)的驗(yàn)證過(guò)程中，其需要對(duì)直升機(jī)的爬升率進(jìn)行精確性的計(jì)算。同時(shí)，在直升機(jī)在爬升的過(guò)程中，其需要利用你符合精度的變化情況對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整體分析。同時(shí)，在起伏數(shù)據(jù)的變化過(guò)程中，其內(nèi)附參數(shù)在進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程中也會(huì)發(fā)生不同程度的變化。因此，采用多種不同的形式使得其直升機(jī)的影響姿態(tài)全面降低相當(dāng)重要。其起伏飛行曲線(xiàn)圖如下所示：

從上圖中我們能夠十分清晰的看到，其內(nèi)符合精度的整體參數(shù)。平飛數(shù)據(jù)與 2 m/s 起伏飛行數(shù)據(jù)的內(nèi)附和精度會(huì)產(chǎn)生明顯影響。所以，為了能夠使得直升機(jī)的影響全面降低，其需要對(duì)內(nèi)符合精度進(jìn)行對(duì)比。從而使得測(cè)量數(shù)據(jù)更加精確。[5]

6.結(jié)語(yǔ)

在進(jìn)行飛行姿態(tài)的測(cè)量時(shí)，其需要采用多種不同的方式對(duì)飛行參數(shù)進(jìn)行精確。同時(shí)，還要進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)直升機(jī)態(tài)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，并對(duì)異常結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)的管控。最終使得航空重力起伏飛行中測(cè)量數(shù)據(jù)受直升機(jī)姿態(tài)的影響全面降低。

[1]孫中苗,翟振和,李迎春．航空重力儀發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)[J]．地球物理學(xué)進(jìn)展,2013(01)．

[2]姜作喜,張虹,郭志宏．航空重力測(cè)量?jī)?nèi)符合精度計(jì)算方法[J]．物探與化探． 2010(05)．

[3]張昌達(dá),董浩斌．重力和磁力勘探進(jìn)入新時(shí)期[J]．物探與化探,2010(01)．

[4]熊盛青．我國(guó)航空重磁勘探技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J]．地球物理學(xué)進(jìn)展,2009(01)．

[5]郭志宏,熊盛青,周堅(jiān)鑫,周錫華．航空重力重復(fù)線(xiàn)測(cè)試數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)價(jià)方法研究[J]．地球物理學(xué)報(bào),2008(05)．

黃小俊（1984-），男，中航工業(yè)直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所工程師、碩士學(xué)位，研究方向：直升機(jī)試飛測(cè)試數(shù)據(jù)處理。