CN104536455A - 一种实现飞行体验功能的无人通用飞机飞行控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于航空技术领域，具体涉及一种实现飞行体验功能的无人通用飞机飞行控制方法,在空中自主飞行阶段，允许无飞行执照的乘客进行体验飞行，通过飞行边界保护功能确保不影响飞行安全。本发明在空中自主飞行模态中引入有限权限体验飞行模态，提高用户乘坐体验，同时通过飞行边界保护以及地面控制站超控功能，确保飞行安全。
Description
技术领域
本发明属于航空技术领域，具体涉及一种实现飞行体验功能的无人通用飞机飞行控制方法。
背景技术
随着国内低空空域的开放，通用航空将迎来一个巨大的发展机遇。通用飞机飞行员不足是我国通用航空发展的一个瓶颈。无人驾驶的通用飞机将极大缓解这一问题。飞行控制系统是实现无人驾驶通用飞机的关键，合理的控制逻辑(控制方法)设置是无人驾驶通用飞机飞行控制系统设计的重要环节。此外，一般的通用飞机乘客往往都没有飞行驾照，不具备驾驶飞机的资格，而大多数乘客都有体验飞行的意愿，通过在飞控系统中引入飞行体验功能，并限制体验飞行的控制权限，既可以满足乘客的飞行意愿，增强飞机娱乐体验，又能确保飞机安全。具有飞行体验功能的无人驾驶通用飞机必须充分考虑飞行安全问题，通过飞行边界保护、安全监控和告警和地面控制站超控等功能，多方面全方位保护乘客和飞机的安全。
发明内容
本发明的目的是：提出一种实现飞行体验功能的无人通用飞机飞行控制方法，可以实现一种通用飞机自动起飞、空中自主飞行、自动进场着陆，在空中自主飞行阶段，允许无飞行执照的乘客进行体验飞行，通过飞行边界保护功能确保不影响飞行安全。
本发明的技术方案是：一种实现飞行体验功能的无人通用飞机飞行控制方法，基于无人通用飞机飞行控制系统，所述无人通用飞机飞行控制系统包括均与地面控制站通信的内环的飞行姿态控制回路1、中环的飞行轨迹控制回路2和外环的飞行管理回路3，所述姿态控制回路1包括俯仰姿态控制模块101、滚转控制模块102和偏航控制模块103，所述轨迹控制回路2包括高度控制模块201、速度控制模块202和航向控制模块203，所述飞行管理回路3包括航迹规划模块301和任务管理模块302，包括以下步骤：
步骤一：当无人通用飞机执行起飞任务时自动运行自动起飞模态；
步骤二：无人通用飞机完成起飞任务后，自动切换到空中自主巡航飞行模态，通用飞机在空中飞行时，空中自主巡航飞行模态始终运行；空中自主巡航飞行模态运行过程中，乘客能够手动切入到有限权限体验飞行模态进行飞行体验，有限权限体验飞行模态运行时，内环的飞行姿态控制回路1接受通用飞机座舱中驾驶杆和脚蹬的指令对飞机姿态实施控制，此时来自驾驶杆和脚蹬的指令控制权限不超过66.6％,其余33.4％权限仍由空中自主巡航飞行模态控制，乘客完成飞行体验后，手动退出有限权限体验飞行模态，或者乘客一定时间内未对飞机施加操纵，则自动退出有限权限体验飞行模态，空中自主飞行模态控制获得100％控制权限；
步骤三：当无人通用飞机接近目的地时，自动并切换至自动进场着陆模态。
步骤三中所述的一定时间，根据无人通用飞机所处飞行状态自动确定退出时间，退出时间在5—10秒之间取值。
无人通用飞机运行自动起飞模态或自动进场着陆模态时，不允许切换至有限权限体验飞行模态。
所述限权限体验飞行模态具有控制增稳、飞行边界保护、安全监控与告警功能，飞行边界保护功能包括迎角限制、侧滑角限制、过载限制、空速限制、俯仰角限制和滚转角限制，安全监控与告警功能用于当有限权限体验飞行模态运行时提供飞机状态可能偏离正常状态的监控与告警。
地面控制站对自动起飞模态、空中自主巡航飞行模态、有限权限体验飞行模态以及自动进场着陆模态均可以超控，当无人通用飞机在空中偏离正常飞行状态时，或者任务发生变更时，地面操纵员可以对无人通用飞机实施控制，地面的操纵员对无人通用飞机的控制通过飞行管理回路或直接通过姿态控制回路实现，当地面操纵员完成无人通用飞机飞行状态纠正或者任务变更后，可以将控制权限返还至空中自主巡航飞行模态，但是当无人通用飞机处于起飞或着陆阶段时，不允许地面操纵员返还控制权限。
地面控制站超控控制优先权高于空中自主巡航飞行权限和有限权限体验飞行优先权，空中自主巡航飞行权限高于有限权限体验飞行优先权。
本发明的优点是：本发明在空中自主飞行模态中引入有限权限体验飞行模态，提高用户乘坐体验，同时通过飞行边界保护以及地面控制站超控功能，确保飞行安全。
附图说明
图1是本发明无人通用飞机飞行控制系统回路示意图。
图2是本发明无人通用飞机飞行控制系统各控制回路功能示意图。
图3是本发明逻辑示意图。
图4是飞行模态功能示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述，请参阅图1至图4。
一种实现飞行体验功能的无人通用飞机飞行控制方法，基于无人通用飞机飞行控制系统，如图1及图2所示，所述无人通用飞机飞行控制系统包括均与地面控制站通信的内环的飞行姿态控制回路1、中环的飞行轨迹控制回路2和外环的飞行管理回路3，所述姿态控制回路1包括俯仰姿态控制模块101、滚转控制模块102和偏航控制模块103，所述轨迹控制回路2包括高度控制模块201、速度控制模块202和航向控制模块203，所述飞行管理回路3包括航迹规划模块301和任务管理模块302，内环的飞行姿态控制回路1通过反馈控制，实现通用飞机姿态的稳定和控制，包括俯仰姿态稳定与控制、滚转姿态稳定与控制以及偏航控制，所述中环的轨迹控制回路2通过反馈控制，实现高度保持和控制、速度保持和控制以及航向保持和控制，所述飞行管理回路3实现通用飞机飞行任务管理和航迹规划；具体方法包括以下步骤，如图3及图4所示。
步骤一：当无人通用飞机执行起飞任务时自动运行自动起飞模态；
步骤二：无人通用飞机完成起飞任务后，自动切换到空中自主巡航飞行模态，通用飞机在空中飞行时，空中自主巡航飞行模态始终运行；空中自主巡航飞行模态运行过程中，乘客能够手动切入到有限权限体验飞行模态进行飞行体验，有限权限体验飞行模态运行时，内环的飞行姿态控制回路1接受通用飞机座舱中驾驶杆和脚蹬的指令对飞机姿态实施控制，此时来自驾驶杆和脚蹬的指令控制权限不超过66.6％,其余33.4％权限仍由空中自主巡航飞行模态控制，乘客完成飞行体验后，手动退出有限权限体验飞行模态，或者乘客一定时间内未对飞机施加操纵，则自动退出有限权限体验飞行模态，空中自主飞行模态控制获得100％控制权限；
步骤三：当无人通用飞机接近目的地时，自动并切换至自动进场着陆模态。
步骤三中所述的一定时间，根据无人通用飞机所处飞行状态自动确定退出时间，退出时间在5—10秒之间取值。
无人通用飞机运行自动起飞模态或自动进场着陆模态时，不允许切换至有限权限体验飞行模态。
所述限权限体验飞行模态具有控制增稳、飞行边界保护、安全监控与告警功能，飞行边界保护功能包括迎角限制、侧滑角限制、过载限制、空速限制、俯仰角限制和滚转角限制，安全监控与告警功能用于当有限权限体验飞行模态运行时提供飞机状态可能偏离正常状态的监控与告警。飞行边界保护功能的运行不受空中自主巡航飞行模态与有限权限体验飞行模态之间切换的影响，用以保证通用飞机在整个飞行过程中不会偏离正常飞行状态。
地面控制站对自动起飞模态、空中自主巡航飞行模态、有限权限体验飞行模态以及自动进场着陆模态均可以超控，当无人通用飞机在空中偏离正常飞行状态时，或者任务发生变更时，地面操纵员可以对无人通用飞机实施控制，地面的操纵员对无人通用飞机的控制通过飞行管理回路或直接通过姿态控制回路实现，当地面操纵员完成无人通用飞机飞行状态纠正或者任务变更后，可以将控制权限返还至空中自主巡航飞行模态，但是当无人通用飞机处于起飞或着陆阶段时，不允许地面操纵员返还控制权限。
地面控制站超控控制优先权高于空中自主巡航飞行权限和有限权限体验飞行优先权，空中自主巡航飞行权限高于有限权限体验飞行优先权。
Claims (6)
1.一种实现飞行体验功能的无人通用飞机飞行控制方法，基于无人通用飞机飞行控制系统，所述无人通用飞机飞行控制系统包括均与地面控制站通信的内环的飞行姿态控制回路[1]、中环的飞行轨迹控制回路[2]和外环的飞行管理回路[3]，所述姿态控制回路[1]包括俯仰姿态控制模块[101]、滚转控制模块[102]和偏航控制模块[103]，所述轨迹控制回路[2]包括高度控制模块[201]、速度控制模块[202]和航向控制模块[203]，所述飞行管理回路[3]包括航迹规划模块[301]和任务管理模块[302]，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：当无人通用飞机执行起飞任务时自动运行自动起飞模态；
步骤二：无人通用飞机完成起飞任务后，自动切换到空中自主巡航飞行模态，通用飞机在空中飞行时，空中自主巡航飞行模态始终运行；空中自主巡航飞行模态运行过程中，乘客能够手动切入到有限权限体验飞行模态进行飞行体验，有限权限体验飞行模态运行时，内环的飞行姿态控制回路1接受通用飞机座舱中驾驶杆和脚蹬的指令对飞机姿态实施控制，此时来自驾驶杆和脚蹬的指令控制权限不超过66.6％,其余33.4％权限仍由空中自主巡航飞行模态控制，乘客完成飞行体验后，手动退出有限权限体验飞行模态，或者乘客一定时间内未对飞机施加操纵，则自动退出有限权限体验飞行模态，空中自主飞行模态控制获得100％控制权限；
步骤三：当无人通用飞机接近目的地时，自动并切换至自动进场着陆模态。
2.根据权利要求1所述的一种实现飞行体验功能的无人通用飞机飞行控制方法，其特征在于，步骤三中所述的一定时间，根据无人通用飞机所处飞行状态自动确定退出时间，退出时间在5—10秒之间取值。
3.根据权利要求2所述的一种实现飞行体验功能的无人通用飞机飞行控制方法，其特征在于，无人通用飞机运行自动起飞模态或自动进场着陆模态时，不允许切换至有限权限体验飞行模态。
4.根据权利要求3所述的一种实现飞行体验功能的无人通用飞机飞行控制方法，其特征在于，所述限权限体验飞行模态具有控制增稳、飞行边界保护、安全监控与告警功能，飞行边界保护功能包括迎角限制、侧滑角限制、过载限制、空速限制、俯仰角限制和滚转角限制，安全监控与告警功能用于当有限权限体验飞行模态运行时提供飞机状态可能偏离正常状态的监控与告警。
5.根据权利要求4所述的一种实现飞行体验功能的无人通用飞机飞行控制方法，其特征在于，地面控制站对自动起飞模态、空中自主巡航飞行模态、有限权限体验飞行模态以及自动进场着陆模态均可以超控，当无人通用飞机在空中偏离正常飞行状态时，或者任务发生变更时，地面操纵员可以对无人通用飞机实施控制，地面的操纵员对无人通用飞机的控制通过飞行管理回路或直接通过姿态控制回路实现，当地面操纵员完成无人通用飞机飞行状态纠正或者任务变更后，可以将控制权限返还至空中自主巡航飞行模态，但是当无人通用飞机处于起飞或着陆阶段时，不允许地面操纵员返还控制权限。
6.根据权利要求5所述的一种实现飞行体验功能的无人通用飞机飞行控制方法，其特征在于，地面控制站超控控制优先权高于空中自主巡航飞行权限和有限权限体验飞行优先权，空中自主巡航飞行权限高于有限权限体验飞行优先权。
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