劉鍇 霍鵬飛

摘要：無人駕駛直升機(jī)擁有無人機(jī)和直升機(jī)共同的優(yōu)點，具有獨(dú)特的飛行能力，可以完成有人直升機(jī)無法完成的很多任務(wù)，在無人直升機(jī)工作的過程中，無需考慮到駕駛員的安全，所以很多危險的任務(wù)只能靠無人直升機(jī)去完成。這也意味著無人直升機(jī)的應(yīng)用將會越來越廣泛，所產(chǎn)生的作用也將越來越重要。

關(guān)鍵詞：無人直升機(jī);飛行控制;技術(shù)要點

中圖分類號：TH723

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

引言

無人直升機(jī)作為無人機(jī)體系中的重要分支，具有無人機(jī)與直升機(jī)的共同優(yōu)點，其在構(gòu)造形式上屬于旋翼飛行器，在飛行功能上屬于垂直起降飛行器，因其具有轉(zhuǎn)場靈活、空中懸停、垂直起降、低空低速性能、機(jī)動性和安全性高的特點，無人直升機(jī)在軍用領(lǐng)域既可完成通信中繼、對地攻擊、實施干擾以及戰(zhàn)損評估任務(wù)，又可完成偵查監(jiān)控、騙敵誘餌和校射等任務(wù)，適用于在野外場地、簡易機(jī)場以及艦船甲板等場地上起降。

1新型無人直升機(jī)的控制特點

1.1?共軸式風(fēng)扇/?旋翼布局

無人直升機(jī)采用的是旋翼和風(fēng)扇共軸式的布局，省去了傳統(tǒng)有人直升機(jī)的尾槳傳動結(jié)構(gòu)，這讓直升機(jī)的整體尺寸變小，結(jié)構(gòu)也較之前的更加簡單，安全系數(shù)也更高。以往直升機(jī)的故障多處于尾槳，沒有尾槳的無人直升機(jī)有著更高的安全系數(shù)。另外我們知道沒有尾槳的直升機(jī)現(xiàn)在只存在旋翼風(fēng)扇和發(fā)動機(jī)兩種轉(zhuǎn)速，振源減少，這讓直升機(jī)的震動問題變得更加的簡單，沒有尾槳的直升機(jī)接觸氣流的面積較小，所以受到氣流的阻力也會變小。

1.2?機(jī)體多采用復(fù)合型材料

新型直升機(jī)的制造材料多是復(fù)合型的，所以整個直升機(jī)的重量很輕，遙控操作起來比較靈活;另外在雷達(dá)波的透射性在復(fù)合型材料中的穿透力比較好，能夠非常敏銳的撲捉到雷達(dá)所傳遞過來的信息;由于復(fù)合型材料的成本比較低，所以無人直升機(jī)的制造成本較低，更加具有環(huán)保的理念。

1.3?操縱機(jī)構(gòu)簡單化

在旋翼/風(fēng)扇升力系統(tǒng)內(nèi)共有四個直線型電動舵機(jī)，其中一個直線型舵機(jī)是作用于風(fēng)扇槳葉變距的，另外三個直線型舵機(jī)是作用于旋翼的，共同的控制總距，分開控制周期變距;另外，新型無人直升機(jī)的油箱是軸對稱的，所以它的燃油消耗不會影響機(jī)身的重心，讓無人直升機(jī)的遙控操作更加的簡單。

1.4?雙發(fā)動機(jī)

新型無人直升機(jī)采用的是雙發(fā)動機(jī)工作的模式，分為主副發(fā)動機(jī)，當(dāng)主發(fā)動機(jī)啟動達(dá)到轉(zhuǎn)速六千之后，它會始終保持這個速度，副發(fā)動機(jī)則處于啟動怠速狀態(tài)。在直升機(jī)飛行的過程中，如果直升機(jī)所需要的功率大于直升機(jī)的額定功率，主發(fā)動機(jī)就需要將油門打到最大，另外副發(fā)動機(jī)加速到跟主發(fā)動機(jī)相同的六千轉(zhuǎn)速，若是額定功率大于所需功率，副發(fā)動機(jī)就出在啟動怠速的狀態(tài)，隨時準(zhǔn)備啟動。如果在飛行的過程中，主發(fā)動機(jī)發(fā)生故障，副發(fā)動機(jī)會自動轉(zhuǎn)副為主，代替主發(fā)動機(jī)，為直升機(jī)提供充足的動力，保證直升機(jī)的正常飛行。

2無人直升機(jī)飛行控制技術(shù)要點

2.1?伺服舵機(jī)

伺服舵機(jī)飛行控制系統(tǒng)中占據(jù)著重要的地位，它是飛行系統(tǒng)正常運(yùn)行的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它會根據(jù)上面所闡述的飛行計算機(jī)所發(fā)出的數(shù)據(jù)指令驅(qū)動舵然后實現(xiàn)控制系統(tǒng)對無人直升機(jī)的飛行控制。所以，伺服舵機(jī)的性能高低決定著整個飛行控制系統(tǒng)的性能，也直接決定無人直升機(jī)在空中飛行的狀態(tài)。伺服舵機(jī)分為三類：機(jī)電伺服舵機(jī)，電液伺服舵機(jī)和氣動伺服舵機(jī)，它是根據(jù)伺服舵機(jī)所使用的能源來劃分的，目前飛行控制系統(tǒng)中多使用的是機(jī)電和電液伺服舵機(jī)，因為氣動伺服舵機(jī)存在著氣體的壓縮性，難以控制。在飛行控制系統(tǒng)中，伺服舵機(jī)被設(shè)計成為一個位置伺服系統(tǒng)，所以伺服舵機(jī)的控制器主要是對直升機(jī)位置的信息進(jìn)行調(diào)節(jié)和處理，再與相關(guān)部門合作實現(xiàn)對飛行中的直升機(jī)進(jìn)行控制。

2.2智能或半自主飛行控制

智能是根據(jù)已有的信息，利用信息處理、形式語言、啟發(fā)式推理、記憶、學(xué)習(xí)和優(yōu)化決策等求解問題的答案，主要體現(xiàn)發(fā)現(xiàn)知識的能力，可以形象地認(rèn)為智能是自主的“未成年期”。智能只是達(dá)到自主控制的手段，自主才是智能控制最終追求的目標(biāo)。無人直升機(jī)的智能/半自主飛行控制就是利用傳感器及其信息融合技術(shù)，感知飛行參數(shù)和環(huán)境，不斷獲取信息以減小不確定性因素，從而做出最優(yōu)決策，實現(xiàn)自動飛行控制。智能或半自主飛行控制是基于信息驅(qū)動的閉環(huán)動態(tài)反饋飛行控制。

2.3無人直升機(jī)高可靠飛行控制系統(tǒng)技術(shù)

主要針對中、高端無人直升機(jī)，研究其高可靠的飛行控制系統(tǒng)技術(shù)，從傳感器、飛控計算機(jī)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及飛行控制軟件等多個方面進(jìn)行設(shè)計，余度結(jié)構(gòu)如何構(gòu)成，是否采用總線以及如何使用總線等等。主要包括：①無人直升機(jī)高可靠飛行控制系統(tǒng)硬件配置技術(shù);②高可靠飛行控制系統(tǒng)的傳感器配置技術(shù);③高可靠飛行控制系統(tǒng)的余度飛控計算機(jī)配置技術(shù);④高可靠飛行控制系統(tǒng)的伺服系統(tǒng)配置技術(shù);⑤高可靠飛行控制系統(tǒng)的軟件開發(fā)環(huán)境和實現(xiàn)技術(shù)。

2.4自主群體飛行控制

（1）無人直升機(jī)綜合飛行控制技術(shù)

無人直升機(jī)綜合飛行控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)從三個層面上實現(xiàn)：第一個層面（原始信息傳感器等底層硬件）：處理作為系統(tǒng)組成部分的傳感器輸入信號，進(jìn)行信息融合，并沿數(shù)據(jù)通道送到上層綜合飛控制系統(tǒng)的計算部分;將上層控制經(jīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出，同時進(jìn)行周期性檢測。第二層面（導(dǎo)航、控制）：對來自底層輸入信號進(jìn)行處理和決策，實現(xiàn)容錯控制、模態(tài)調(diào)度和飛行控制邏輯管理，導(dǎo)航和控制算法計算，向系統(tǒng)輸出控制信號。第三層面（管理、協(xié)調(diào)、規(guī)劃和決策）：協(xié)調(diào)、管理和控制無人機(jī)各機(jī)載子系統(tǒng)，在線任務(wù)規(guī)劃和實時控制，實現(xiàn)重構(gòu)控制規(guī)劃和故障管理等。先進(jìn)的綜合飛行控制系統(tǒng)應(yīng)采取層階分解、開放的、彈性的控制結(jié)構(gòu)，在可變自主權(quán)限的決策、管理和控制的基礎(chǔ)上，面向任務(wù)、面向效能提供最大的功能可拓展性。綜合控制技術(shù)的挑戰(zhàn)，在某種程度上，代表了無人直升機(jī)飛行控制技術(shù)所面臨的技術(shù)難題。只有在大系統(tǒng)的概念下，綜合應(yīng)用魯棒、自適應(yīng)和智能控制等控制思想和方法以及先進(jìn)的飛行控制技術(shù)，才可能真正發(fā)揮出無人直升機(jī)技術(shù)的綜合效能和較低全壽命周期成本的潛力。

（2）智能重構(gòu)飛行控制技術(shù)

在故障檢測和辨識的基礎(chǔ)上，采用主動容錯控制技術(shù)，充分利用控制系統(tǒng)的功能冗余來進(jìn)行飛行控制律的重構(gòu)，使飛行器能適應(yīng)故障或特殊任務(wù)環(huán)境。因此，可重構(gòu)飛行控制技術(shù)可以降低對飛控系統(tǒng)硬件余度的要求，允許飛行器在出現(xiàn)大范圍故障和戰(zhàn)斗損傷的情況下，仍能保證一定的飛行性能。主要包括：①?不確定性環(huán)境下智能故障診斷和容錯控制技術(shù);②?飛行控制律實時性重構(gòu)技術(shù);③重構(gòu)控制中的魯棒性分析與綜合技術(shù);④?故障檢測器與重構(gòu)控制器的集成設(shè)計技術(shù)。

（3）無人直升機(jī)通用實時仿真技術(shù)

研究適合未來無人直升機(jī)飛行控制仿真驗證的通用軟件和硬件體系架構(gòu)，并融合視景仿真技術(shù)，構(gòu)建無人直升機(jī)飛行控制系統(tǒng)的硬件在環(huán)和操縱手在環(huán)的實時半物理仿真系統(tǒng)，從而降低無人直升機(jī)系統(tǒng)的研制和試飛風(fēng)險，減小無人直升機(jī)的研制成本。主要包括：①?無人直升機(jī)高置信度建模技術(shù);②?無人直升機(jī)通用仿真平臺的軟/硬件體系和實現(xiàn)技術(shù);③?無人直升機(jī)硬件在環(huán)/人在環(huán)實時半物理仿真技術(shù);④?無人直升機(jī)高逼真度視景仿真技術(shù)。

結(jié)束語

無人直升機(jī)因為其獨(dú)特的操作系統(tǒng)能夠完成傳統(tǒng)直升機(jī)無法完成的任務(wù)，所以它在軍事領(lǐng)域或者其他相關(guān)領(lǐng)域的作用越來越大，它的控制技術(shù)也將會越來越完善。無人直升機(jī)的飛行控制系統(tǒng)將在運(yùn)用的過程中逐漸改進(jìn)，不斷適應(yīng)所在的科技環(huán)境，能夠讓無人直升機(jī)發(fā)揮著更大的功效，為世界的各個領(lǐng)域帶來福音。

參考文獻(xiàn)

[1]萬順飛.?小型無人直升機(jī)前飛段飛行控制技術(shù)研究[D].南京航空航天大學(xué)，2016.

[2]鐘恢芳.新型無人直升機(jī)飛行控制技術(shù)研究[J].科技風(fēng)，2013（14）：19.

[3]賴水清，陳傳琪，張思，單俊杰.無人直升機(jī)自主飛行控制技術(shù)[J].直升機(jī)技術(shù)，2013（02）：65-71.作者簡介：劉鍇，1988.09，籍貫：山東魚臺人，民族：漢族，本科學(xué)歷，工程師，研究方向：飛行控制系統(tǒng)設(shè)計