基于μC/OS-Ⅱ的无人直升机飞行控制软件设计

飞行控制软件是无人直升机飞行控制的核心,随着对先进无人直升机的性能要求越来越高,无人直升机的控制系统功能越来越复杂,飞行控制软件的设计也越来越重要。本文基于μC/OS-II实时内核详细介绍无人直升机飞控软件模块化的设计方案,提出基于μC/OS-II的飞行控制软件的任务划分和任务通信等技术。该方案能很好得满足系统对实时性的要求,同时能大大降低了开发难度,提高了可读性和可维护性。并且该方案已经在某小型无人直升机飞行控制系统中得到了很好的验证。     

基于响应类型的直升机悬停状态显模型跟踪控制律设计

现代战场使用环境对直升机的飞行品质要求越来越高,使用电传飞控系统可大幅改善直升机的飞行品质,本文以电传飞控系统为研究对象,进行面向特定任务的具体指标要求的控制律设计。首先,根据ADS-33E飞行品质规范要求构造出满足悬停状态下俯仰轴ACAH响应等级1要求的指令模型;其次,以该指令模型构建显模型,通过反馈补偿算法进行跟踪偏差修正的模型跟踪控制律设计,最终得到整个闭环系统俯仰姿态满足飞行品质等级1要求的控制律构型和参数。通过MATLAB仿真验证了该设计方法的合理性和有效性。     

直升机飞行仿真技术的应用

飞行仿真技术在近几年取得了突飞猛进的发展,直升机飞行品质模拟器主要用于研究直升机的飞行品质。满足飞行品质要求是直升机型号研制任务中主要的设计目标之一,直升机特有的近地和低速等飞行特征和独特的飞行方式给直升机飞行仿真技术研究带来了新的挑战。本文描述了国内第一台直升机工程模拟器系统特点及其在工程中的应用。     

直升机着舰飞行控制仿真研究初探

本文介绍了直升机的着舰过程和特点,以及舰船运动特性及其对直升机着舰的影响,分析了着舰飞行控制系统在着舰过程各个阶段的不同任务和要求,最后提出一种着舰飞行控制系统的设计方法和一个很好的仿真工具。     

无人型K-Max直升机进行自主飞行

卡曼与洛克希德.马丁公司(K-MAX小组)已经通过视线和基于人造卫星的视线数据链,进行卡曼无人机K-MAX自主及遥控飞行执行士兵货物运输再补给任务的能力论证。这项试验在位于犹他州的美国陆军Dugway基地完成,0℃以下的气候与阿富汗前线的战场环境相似。此项试验获得海军陆战队资助。洛克希德.马丁公司航空系统副总裁丹.斯普尔在纽约任务系统传感器工厂说:“在为期3天的验证计划中,我们达到甚至超过了要求。该系统按照计划完成了一项严峻的货物再补给任务,地面操作人员全程监控并只在海军陆战队提出要求时才对直升机定位进行调整。”验证的性能包括:在12000英尺高度携带1500磅吊挂载荷悬停;在6小时内完成两次150海里往返飞行,为前方作战基地运输3000磅货物;由地面操作员遥控进行昼夜的飞行及货物精确投放;飞行中向直升机任务管理系统加载新的任务计划。该项计划还验证了直升机的4吊钩吊盘,能够在单次飞行中运载多种货物,总吊载3450磅。直升机进行了3次预编程的运输飞行,并在每个预定位置自主投放。应海军陆战队的要求,由地面控制人员人工进行第4次投放。从2007年起K-MAX无人机在无人模式下完成了近400小时的飞行。该项验证花费了...     

基于人在回路的直升机着舰控制律设计与仿真

有人直升机精确着舰是亟待解决的一项技术难题.面向着舰任务需求,本文构建了人机一体式仿真模型,选取典型着舰任务科目基元(MTE).人机仿真模型包括驾驶员模型、直升机飞行动力学仿真模型、不同构型下直升机飞行控制律以及包括舰面环境综合仿真模型.上述模型在统一的仿真空间内定义并互相进行交联,可有效地对着舰任务中的人机闭环系统进...     

按照人机工效学设计的直升机座椅

直升机驾驶员在执行作战任务或完成长时间飞行时,最重要的因素之一是拥有一个理想的人机界面。一个符合人体生理需要的工作环境是提高驾驶员及整个系统效能的最好方法。而目前大多数直升机飞行员对现有工作环境感到不满,因为飞行时的非生理性姿势会导致疲劳和背部疼痛。工作环境不良的原因之一是座椅靠垫形状不符合人体外形的自然弯曲,之二是驾驶舱控制飞     

基于导航函数的直升机任务科目建模试飞技术

任务科目是ADS-33E规范要求的直升机飞行品质重要考核项目之一。基于导航函数的方法,通过直升机非线性飞行动力学模型实现任务科目的数值仿真,获得目标直升机任务科目所需的操纵量及操纵规律。通过飞行试验结果的验证及分析表明,数值计算结果及模型真实有效,对直升机任务科目的飞行试验具有指导作用。     

一种夜间和不利于天气综合导航与近地引导系统的设计和飞行鉴定

美国国家航空航天局和陆军已设计、研制并飞行鉴定了一各计算机辅助直升机低空飞行（ＣＡＬＡＨＦ）引导系统。该系统为直升机飞行员提供近地隐蔽飞行引导。它自动处理精密导航信息、直升机任务要求和近地飞行引导。该自动处理过程通过头盔显示器上的符号集提供给飞行员。符号集以“飞行员为中心”设计,向飞行员提供超越ＣＡＬＡＨＦ系统自动化过程的灵活性和权限。已在美国陆军ＨＵＨ－６０ＳＴＡＲ（航空电子研究系统试验平台）试验直升机上进行了充分的飞行鉴定。此次飞行鉴定在崎岖山地进行,执行一个多航路点直升机飞行任务,离地高度从３００到１２５英尺,空速从４０到１１０节。鉴定结果表明,飞行员能精确跟随自动装置字符集,同时保持较好的视景感觉。     

面向倾转旋翼机的TRC响应类型控制律设计

倾转旋翼机操纵的复杂性对其任务能力提出了较高要求，而设计响应类型可以大幅提高其任务执行能力，减轻飞行员操纵负担。本文设计了倾转旋翼机在直升机模式下的平移速率指令（TRC）响应类型控制律并进行了飞行品质的仿真验证。首先，建立了基于机理法的倾转旋翼机非线性飞行动力学模型，并进行了线性化处理；其次，根据有人直升机飞行品质要求，设计了直升机模式下的TRC响应类型控制律；最后，进行了飞行品质的仿真验证。仿真结果表明，设计的TRC响应类型满足相关品质规范要求，飞行品质达到等级1。通过本文研究，能够显著改善倾转旋翼机在悬停/低速飞行状态下的操纵品质和精确机动能力，减轻飞行员操纵负荷，提升任务执行能力，满足倾转旋翼机近地低速机动飞行需求。     

基于任务科目的直升机飞行品质评定试飞技术研究

主要对ADS-33E中飞行品质评定的要求进行分析,从任务科目、响应类型和可用感示环境3个维度进行飞行品质的等级评定研究,提出了直升机飞行品质综合评定的试飞技术研究思路,并对某型号直升机的试飞结果和有关问题进行了初步分析。     

应用轨迹优化策略的直升机任务科目基元仿真

任务科目基元的飞行试验是ADS-33E-PRF对直升机飞行品质的判定标准。针对直升机设计过程中飞行品质难以事先评定的特点,提出了一种基于轨迹优化策略的直升机任务科目基元数值仿真方法。该方法将飞行品质规范对直升机位置、姿态和速度的限制处理为状态量的边界约束,以完成任务科目基元的时间为目标函数,结合直升机自身的性能和安全性约束,建立了针对任务科目基元的直升机轨迹优化模型。求解该模型得到直升机完成相应任务科目基元所用的时间,便可定性判断直升机飞行品质是否满足ADS-33E-PRF对这一任务科目基元的要求,从而在设计之初对优化直升机总体设计参数提供参考。对某型直升机悬停转弯机动科目进行仿真计算,验证了该方法的正确性和有效性。     

变稳直升机设计与应用技术

变稳直升机在直升机研制过程中发挥着至关重要的作用。通过回顾美国、加拿大、德国等航空强国各个阶段典型变稳直升机研制历程,系统性梳理了变稳直升机研制中所涉及的几项关键技术,如变稳能力分析、变稳安全策略、变稳控制方法以及可变人感系统等。在此基础上,参照国外研制经验提出了上述技术的设计原则和相关要求。同时,对变稳直升机在飞行品质标准研究、新技术演示验证及飞行员培训等方面的应用进行了简要分析。     

美陆军“黑鹰”直升机在伊拉克和阿富汗突破百万飞行小时

美国陆军在伊拉克和阿富汗两地的“海外应急战队”共有350多架“黑鹰”直升机用于执行突发事件应急作战任务。“黑鹰”直升机从2003年2月开始执行此项任务,在高温、大风和沙漠环境下保持84%的任务出勤率。美国陆军“黑鹰”直升机队作战飞行时间不断增加,同时西科斯基公司在中东地区客户的“黑鹰”直升机也表现卓越,大约有150架“黑鹰”直升机在中东地区各国服役。西科斯基军用系统主席斯科特·斯塔瑞特说:“‘黑鹰’直升机在最恶劣严峻的环境下证明了自己卓越的性能,每一个里程碑都见证着它的耐久性和效力,‘黑鹰’直升机是久经考验、性能可靠的军用直升机”。美国陆军总计拥有超过1740架“黑鹰”直升机,累计飞行近600万小时。全球现役的“黑鹰”直升机超过3000架,服役于27个国家。由于严格的军用标准,“黑鹰”直升机成为了多用途直升机中的佼佼者。“黑鹰”直升机主要执行部队运输、医疗撤运、电子战、攻击、突袭支援以及特种作战等任务。美陆军“黑鹰”直升机在伊拉克和阿富汗突破百万飞行小时@陈     

基于直升机/发动机非线性综合仿真模型的ALQR控制器设计

构建了UH-60A直升机六自由度非定常、非线性气动力模型以及完整的直升机/涡轴发动机非线性综合仿真模型。使用增广LQR方法设计了直升机飞行控制器,包线内大量仿真结果及与 控制器效果的对比表明该控制器解耦性能、指令跟踪性能优越,鲁棒性强。此外,该控制器设计过程简单和调参方便。借助上述综合仿真模型研究了发动机闭环系统与直升机的功率匹配关系,数字仿真表明,发动机能够满足直升机机常规飞行任务下的功率需求,功率涡轮转速下垂量满足直升机飞行操纵品质规范（ADS-33E）的要求。     

四旋翼无人直升机飞行控制技术综述

四旋翼无人直升机因具有良好的性能而成为近十几年来的研究热点,针对四旋翼直升机的飞行控制技术进行了简要综述。首先,通过分析四旋翼无人直升机的飞行控制特性,指出了飞行控制系统设计的要求和难点;然后,总结了四旋翼直升机飞行控制的研究现状,对几种常用控制算法的特点进行了分析;最后,在分析四旋翼无人直升机关键技术的基础上,讨论了四旋翼飞行控制的发展趋势。     

直升机工程模拟器简介

直升机工程模拟器是现代直升机研究中不可缺少的设计和验证工具,主要用于直升机全机总体方案论证、气动布局优化、飞行品质评估,先进飞行控制律设计、验证和优化,以及危险飞行科目的模拟飞行、故障分析研究等。直升机工程模拟器是直升机研制保障条件建设项目．中国直升机设计研究所于2001年6月开始实施建设方案,2004年实现了人在回路的全状态运转。该模拟器主要包括计算机系统、飞行动力学系统、视景系统、操纵负荷系统、六自由度运动系统、座舱与航电系统、座椅抖振系统、音响系统和控制中心等。主控计算机系统能控制、驱动和组织管理其它分系统,使它们成为模拟器的有机部分,发挥出预定的功能与性能。操纵负荷系统通过建立直升机飞行操纵系统模型,采用电动驱动控制技术,实现了飞行操纵特性的高逼真度模拟。视景系统由专用图形计算机、曲面校正系统、多通道边缘融合系统、运动兼容球幕显示等组成,视场角为水平180°,垂直90°,同时还包含白天、黄昏、夜晚等模式,雨、雪、云、雾等气象环境以及爆炸、烟雾、弹道等一些特殊效果。     

舰面流场下的直升机平衡特性分析

主要分析了舰载直升机在母舰甲板上方悬停时的平衡特性。采用CFD方法计算了母舰甲板上方的气流场,建立了适用于舰载环境的直升机飞行动力学模型,计算了UH-60A直升机在流场悬停位置处的配平值。在此基础上,计算了旋翼入流、载荷、功率以及机体姿态状态量的响应。仿真结果表明,舰面流场的非线性、不均匀等特点对计算值影响较大。通过与无离散模型计算结果的对比,表明了流场对直升机旋翼的垂向载荷影响较大,对机体姿态角速率的影响更为显著,破坏了直升机的平衡,对直升机在舰面流场环境下的飞行控制系统提出了更高的要求。     

无人直升机飞行控制技术发展综述

针对无人直升机飞行控制技术发展进行了简要综述。首先，介绍了无人直升机的典型特征、飞行控制系统的设计过程和设计中面临的挑战。然后，系统梳理了适用于中大型和微小型无人直升机的飞行动力学建模技术发展现状，总结了无人直升机的飞行控制算法，对比了各算法的优缺点，阐述了飞行品质发展现状。最后，给出了这一领域未来发展的建议。研究结果表明，无人直升机系统高度复杂，不同建模技术和控制策略各有利弊；在飞行控制系统设计时需综合考虑相关因素，权衡相关指标矛盾；在无人直升机飞行品质评估标准建立时，要充分考虑无人的特点，对有人直升机的飞行品质进行裁剪和优化。     

浅谈舰载直升机的海上试飞

针对舰载直升机的特殊使用环境，分析了舰船运动情况对舰载直升机实施起飞、着舰和舰上机动飞行的影响，最后，探讨了MIL－F－83300等直升机规范对舰载直升机的各种使用规定及特殊的飞行品质要求。