CN109263902A - 一种固定翼飞机直接力辅助飞行控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固定翼飞机直接力辅助飞行控制系统，该组合控制的动力包括固定翼无人机主动力和多个旋翼动力产生的直接力，旋翼动力的安装机构包括多旋翼倾转动力机构及多旋翼动力的矢向和动力控制，从而产生大机动飞行控制力。多旋翼的矢向和动力控制设计了自动控制和手动控制状态，以及手动控制的多种模式。通过定义手动操控的指令效果，给出直接力组合控制逻辑表。本发明为固定翼无人机水平大机动飞行提供新方法，高质量的水平机动飞行能够提供航空测绘应用价值，特别适用于电力管路道路巡线作业或大侧风天气飞行等复杂飞行控制，可有效提升这类航空作业或飞行环境的应用品质。

Description

一种固定翼飞机直接力辅助飞行控制方法及系统

技术领域

本发明涉及一种航空器控制系统，特别是一种固定翼飞机直接力辅助飞行控制方法及系统。

技术背景

传统的固定翼飞机依赖机场起飞和降落，采用舵面气动力对飞行姿态进行控制。固定翼无人机的飞行航迹比较平顺，进行大机动飞行的情况较少。国外的少数军用固定翼飞机采用发动机矢量推力控制技术，使得固定翼飞机可以实现大机动飞行控制力，同时也伴随机体姿态的剧烈变化。近年兴起的多轴旋翼机已经比较普及，其控制技术成熟。特别是多轴旋翼机进行大机动飞行的过程中，机体姿态的变化不很剧烈。固定翼飞机能够搭载较多的作业载荷，飞行速度比较快，姿态变化较小，而多轴旋翼机的搭载能力小，飞行速度较慢，比较平稳。最近，国内外都有采用固定翼飞机加多旋翼的组合式航空器的新布局，也称为复合翼飞行器，能够像多轴旋翼机实现垂直起飞和降落，又能保持固定翼飞机装载多和飞行速度较快的性能，满足了不依赖机场起飞和着陆的特殊使用需要。

发明内容

本发明的目的是采用直接力控制方法提升固定翼飞机的大机动飞行控制能力，并且在大机动飞行中保持机体航向和机体平稳，为多种航空作业提供水平大机动飞行控制及航迹调整，实现机体所搭载的作业载荷能以平稳姿态开展水平作业，满足机身在水平状态下进行调整航向航线的作业需求。

本发明是这样实现的：在固定翼飞机上连接多旋翼倾转动力机构及多个旋翼，旋翼数量为四个但不限于四个，从而获得改变飞行航线或飞机空间位置的直接力矩，并与飞机舵面气动力矩协同进行飞行控制。固定翼无人机的地面控制站加改装相应操作设备，对旋翼动力产生的直接力进行操作，对无人机机动飞行进行控制。

由此，本发明的控制系统包括在固定翼飞机上连接的多旋翼倾转动力机构，所述多旋翼倾转动力机构由倾转机构及其所连接的多个旋翼组成；其中，倾转机构连接在机翼结构上，倾转机构上连接多旋翼动力，提供包括前拉加速、向左或向右侧偏航、后拉减速，以及升高或降低的多维度的直接力控制。

进一步的，对于正常布局的固定翼飞机，由机体结构，主动力系统和机载控制系统组成。机体结构包含机身结构，机翼结构和尾翼结构。主动力系统包含发动机和动力电源，发动机的功率既用于拉动或推动飞机的飞行，也用于发电给动力电源充电，动力电源包含储能电池和电源管理设备，给多旋翼动力和倾转动力机构提供所需电源。而机载控制系统包含飞行控制，动力组合控制，起降控制和辅助控制。飞行控制对所连接的多旋翼倾转动力机构，可包括旋翼动力可以顺航向前后俯仰的单独倾转机构，构成具有顺航向和横航向的两个转动维度，按照倾转动力的动力组合控制逻辑对多旋翼倾转动力机构进行控制，并且与多个旋翼动力产生的直接力控制进行协同，实现对舵面气动力控制和对多旋翼直接力控制所需的动力组合协同控制飞行。

进一步的，对于双尾撑布局的固定翼飞机，由机体结构，主动力系统和机载控制系统组成。其中，机体结构包含机身结构，机翼结构和尾撑/尾翼结构。在机翼下方独立布局多旋翼倾转动力机构，可包括旋翼动力可以顺航向单独倾转的机构，构成具有顺航向和横航向的两个转动维度。机载控制系统也包含飞行控制，组合动力控制，起降控制和辅助控制。主动力系统同样包含发动机和动力电源，发动机的功率既用于拉动或推动飞机的飞行，也用于发电给动力电源充电，动力电源包含储能电池和电源管理设备，给多旋翼倾转动力机构提供所需电源。同样，飞行控制对连接的多旋翼倾转动力机构，按照倾转动力的控制逻辑对多旋翼倾转动力机构进行控制，并且与多个旋翼产生的直接力控制进行协同，实现对舵面气动力控制和对多旋翼直接力控制所需的组合动力协同控制飞行。

另外，采用组合操控方法实现直接力的调控。通过状态转换器，可选择对直接力的自动控制或手动控制状态。对手动控制状态，可通过模式转换器选择按键的组合操控，或选择双手柄或单独手柄的操控，或按键与手柄的组合操控，实现多种可选择的组合操控方法产生操控指令及其效果。

进一步的，采用一种触摸屏结构的快速航线规划界面用于生成导航数据，作为地面操控台功能设备的一部分，与飞机地面控制台连接，并通过数据链对飞机装载航线数据，为飞行控制系统提供快捷生成的导航数据，以配合组合操控方法快捷实现直接力控制飞行。

本发明在固定翼飞机基础上设计多旋翼倾转动力机构，通过倾转动力机构相对于机体轴线的多种倾转动作，为固定翼飞机提供多旋翼直接力或主动力控制，弥补舵面气动力控制的局限，实现水平大机动飞行控制，同时，倾转动力机构提供的多旋翼直接力控制，几乎不改变固定翼飞机的水平飞行姿态，满足机体姿态始终限制在较小的滚转角或俯仰角范围，并保持航向稳定。与现有固定翼飞机加多旋翼组合方式的不同在于，本发明设计多旋翼倾转动力机构，让多旋翼产生的直接力参与飞行中的偏航力，实现机体航向或水平位置改变的控制，或将直接力叠加到飞机发动机的拉力或推力，实现加速或减速飞行，或同时产生偏航力、升降力和加减速飞行控制力的组合，实现水平大机动飞行且保持直接力在控制升高和降高，以及垂直起飞和降落的控制效果。本发明在电力、管路的航空巡线中能适应线路的平面折线突变和剖面的高低起伏，在城市测绘和道路巡查中适应道路的平面井字布局和折线突然变化，以及在复杂地形地貌的航空测绘、探矿、大风天气飞行等应用中，提供符合作业飞行航迹调整或地形变化需要的直接力控制技术。可以推广应用于货物快递定点控制，适应较恶劣天气的正常作业飞行。

附图说明

图1为正常布局的多旋翼倾转动力机构在机翼结构上安装俯视图(不限于四旋翼)；

图2为双尾撑布局的多旋翼倾转动力机构在机翼结构上安装俯视图(不限于四旋翼)；

图3为正常布局共轴多旋翼倾转动力机构在机翼结构上的安装侧视图(摇臂座可选)；

图4为正常布局共轴多旋翼倾转动力机构的旋翼矢向在飞行中转向下方的示意图；

图5为正常布局共轴-端头多旋翼倾转动力机构在机翼结构上的安装侧视图(电机轴支撑旋翼的矢向转动可至水平)；

图6为双尾撑布局中独立的共轴-端头多旋翼倾转动力机构在机翼结构上的安装侧视图(独立的多旋翼倾转动力机构不安装在尾撑杆上)；

图7为按键操控示意图，左或右按键组合可以单独使用，其四个按键可以定义为分别对应机翼左侧或右侧旋翼矢向的四个矢向配置，其中，向左和向右的按键对应一对旋翼矢向，而向上或向下的按键对应一个旋翼矢向。另外设置状态转换按键或模式转换按键操作辅助丰富操作(图中未示出)。

附图标记说明：1-机翼结构，2-机身结构，3-尾翼结构，4-主动力系统，5-多旋翼倾转动力机构，6-旋翼，7-转轴伺服器，8-转轴套，9-伺服器，10-摇臂座，11-转轴，12-电机轴，13-尾撑杆，14-尾撑结构。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参阅图1-图7：本发明是在固定翼飞机上连接多旋翼倾转动力机构5及多个旋翼6，选择配置的旋翼6数量为四个但不限于四个，从而获得改变飞行航线或飞机空间位置的直接力矩，并与飞机舵面气动力矩协同进行飞行控制，如附图1所示。这里的旋翼6是指由电动机或油机带动旋翼旋转产生拉力或推力的旋翼机，简称动力旋翼或旋翼，从而获得改变飞行航线或飞机姿态的直接力或直接力矩。旋翼动力对固定翼飞机产生的力矩与飞机舵面气动力矩协同进行飞行控制。对固定翼无人机的地面控制站加改装相应操作设备，对旋翼动力产生的直接力进行操作，对无人机的机动飞行进行控制。

多旋翼倾转动力机构5由倾转机构及其所连接的多旋翼组成。其中，倾转机构连接在机翼结构1上下方，倾转机构1及其所连接的多旋翼共轴倾转方式，通过对安装旋翼电机的转轴设计可绕转轴套的绕轴转动，以及对安装在转轴前端或后端的旋翼电机轴的俯仰转动，两者的组合可以产生所谓共轴-端头的转动效果，从而可以使得旋翼动力的矢向产生顺或逆航向轴的直接力，并产生垂直航向轴的直接力。通过机载控制系统的控制，提供包括前拉加速、向左或向右侧偏航、后拉减速，以及升高或降低的多维度的直接力控制。

对于正常布局的固定翼飞机，由机体结构，主动力系统4和机载控制系统组成。机体结构包含机身结构2，机翼结构1和尾翼结构3。主动力系统4包含发动机和动力电源，发动机的功率既用于拉动或推动飞机的飞行，也用于发电给动力电源充电，如油电混合动力，而动力电源包含储能电池和电源管理设备，给多个旋翼动力和多旋翼倾转动力机构5提供所需电源。按照特殊使用要求可以不用发动机发电给动力电源充电。机载控制系统包含飞行控制，动力组合控制，起降和辅助控制，并由飞行控制系统进行协同。飞行控制对所连接的多旋翼倾转动力机构5，可包括旋翼动力可以顺航向前后俯仰的单独倾转机构，构成具有顺航向和横航向的两个转动维度，按照倾转动力的动力组合控制逻辑对多旋翼倾转动力机构5进行控制，即对旋翼动力的矢向和旋翼动力的量值进行控制，而对多个旋翼6产生的直接力控制进行协同，实现舵面气动力控制和多旋翼直接力控制所需的动力组合协同控制飞行，并避免飞机结构强度超过载，如附图1和2所示。

对于双尾撑布局的固定翼飞机，由机体结构，主动力系统4和机载控制系统组成。其中，机体结构包含机身结构2，机翼结构1和尾撑/尾翼结构。通常，尾翼连接在尾撑结构14上，尾撑结构14成为机翼结构1或尾翼结构3的一部分。在机翼下方独立布局多旋翼倾转动力机构5，可包括旋翼动力可以顺航向单独倾转的机构，构成具有顺航向和横航向的两个转动维度。并且如果该机构的安装突出机身腹部较多，可以增加机腹起落支架避免该机构直接触地损坏。如附图1、2和附图6所示。图3-6还展示了转轴伺服器7、转轴套8、伺服器9、摇臂座10、转轴11、电机轴12、尾撑杆13等设置位置，这些部件都是本技术领域常用部件，在此不作详细说明。

机载控制系统也包含飞行控制，组合动力控制，起降控制和辅助控制。主动力系统4同样包含发动机和动力电源，发动机的功率既用于拉动或推动飞机的飞行，也用于发电给动力电源充电，如油电混合动力，而动力电源包含储能电池和电源管理设备，给多旋翼倾转动力机构5提供所需电源。按照特殊使用要求可以不采用发动机发电给动力电源充电。同样，飞行控制连接多旋翼倾转动力机构5，按照倾转动力的控制逻辑对前或后多旋翼倾转动力机构5进行控制，即对旋翼矢量倾转控制和旋翼动力的控制，并且与多个旋翼产生的直接力控制进行协同，实现舵面气动力控制和多旋翼直接力控制所需的组合动力飞行控制，并避免超速和超越结构强度过载。

采用组合操控方法实现直接力的操控。通过状态转换器，可选择对直接力的自动控制或手动控制状态，而对手动控制状态，可通过模式转换器选择按键的组合操控(附图7)，或选择双手柄或单独手柄的操控，或按键与手柄的组合操控，实现多种可选择的组合操控方法来产生操控指令及其效果。在手动操控状态，飞机自动对飞行速度或直接力动力进行控制避免飞机结构超过载而破坏。

对于自动控制状态，可以定义旋翼直接力的矢向分配。在飞机起飞达到平飞后，机翼左侧和右侧旋翼的矢向分别成对水平指向左侧和右侧，以便在飞行中航向侧偏时，自动起动左侧或右侧的旋翼动力，从而产生左侧纠偏或右侧纠偏的直接力，帮助飞机在保持姿态平稳中产生纠正航向侧偏的特殊效果。在飞机进入着陆阶段后，这些旋翼的矢向自动回归垂直向上的矢向分配。

对于手动操控状态，可以定义两类组合操控方法，第一类是遥控+直接力辅助控制飞行的操控方法，遥控是通过舵面气动力控制飞行的传统方法，在遥控的同时叠加直接力控制，或不叠加直接力控制的两种情况都视为第一类操控方法，特点是飞机的偏航伴随横滚姿态改变。

第二类是直接力组合控制的操控方法，单纯通过直接力控制飞机偏航，特点是飞机的偏航几乎不产生俯仰和横滚姿态改变。

对应第一类操控，设置单独手柄，如甲柄或乙柄。甲柄定义为遥控手柄，按需，但遥控手柄可用按钮替代，乙柄定义为直接力手柄，定义手柄的摇动对应于直接力矢量向前-加速，向左-左偏航，向右-右偏航，向后-减速，而遥控手柄的柄位响应可按两种形式定义，一是用模拟量控制，如向前-下俯，向后-上仰，向左-左偏航，向右-右偏航，保持柄位则姿态的调整持续响应，二是用离散量控制，即对模拟量柄位的响应改变为柄位每一次到位仅响应一个离散量，连续多次到位则累加，但可限制累加次数。柄位响应的两种形式可通过按钮切换，按钮也称为转换器。

对应第二类操控，设置双手柄，如甲柄和乙柄。转换为双手柄状态时，飞机进入自动定姿定高保速的控制状态，即飞机的俯仰和横滚姿态进入自动控制状态并保持水平姿态，飞行高度进入高度保持状态，飞行速度进入自动保护状态，即对直接力操控所产生结构的超过载进行速度的自动先行限制。甲柄定义为操控一侧的多旋翼倾转动力机构如左侧，乙柄定义为另一侧的多旋翼倾转动力机构如右侧，并定义甲柄和乙柄所需禁止的冲突操控(可定义为不响应)，对冲突操控的柄位可借用来定义升高降高的控制，如甲乙柄同时外撇的操控，和降高控制，如甲乙柄同时向内的操控。操控飞机升高或降高时，飞行系统自动解锁高度保持状态。对双手柄操控不同步的容忍程度，由详细设计中设置，如对单柄操控不响应而在另一手柄到位再响应。双手柄的柄位响应也可按两种形式定义，即模拟量或离散量响应。

单独手柄和双手柄的定义由模式转换器实现定义的转换，转换为单独手柄或双手柄状态时，飞机控制系统都进入遥控飞行控制状态。

采用按键操控的设计，可以采用灯光显示当前操控的按键位置。

另一种操控方法是在触摸屏上对照多旋翼倾转动力机构5的图形进行触摸调整实现直接力的组合操控效果。

通用化的操作设备功能定义设计方法是，为人机界面的各种操作设备统一预制功能定义图标并清单列表，同时，预制人机界面的各种操作设备的图标清单列表，采用清单上一对一匹配确认方法，快捷实现设备的功能定义。

直接力控制的动力组合响应可以制作组合控制逻辑表，附表1，其中包含冲突操控的情况。直接力控制的动力和矢量控制由预制程序自动控制，包括直接力动力增加和减小，旋翼矢量直接力调整的方向和速度，而旋翼矢向的水平分配只是特殊用途。直接力控制的动力和矢量的复杂控制过程按照特殊应用需求，可按照控制逻辑关联的人机控制所需协同逻辑来选择引入AI辅助自动控制。

采用一种触摸屏结构的快速航线规划界面用于生成导航数据，作为地面操控台功能设备的一部分，与飞机地面控制台连接，并通过数据链对飞机装载航线数据，为飞行控制系统提供快捷生成的导航数据，以配合组合操控方法快捷实现直接力控制飞行。

在触摸屏上显示当前飞行位置对应本地定位所在的地图区块，简称本地地图，并显示当前本地地图的地形剖面及航线剖面。在触摸屏显示器上，显示当前飞行位置所在的本地地图及其地形剖面并按本地定位中将飞机显示于本地地图中心或指定位置的要求来移动本地地图，在本地地图及其地形剖面上分别点击指令，比如用手指或触摸设备如触摸笔，点击产生点击指令，能够显示生成的一个导航点及对应的地理经纬坐标，简称平面导航点。在本地地图上，该导航点为飞机提供飞行的下一处预制航点，即该航点的经纬坐标构成平面航向导航。而在地形剖面上，该剖面导航点也为飞机提供下一处飞行的预制航点简称剖面导航点及对应的地理高度，该航点的高度数据与相应的平面导航点构成该航点的空间位置数据。这些导航点坐标数据通过数据链装订给飞机系统。如果不选择剖面导航点，则飞机根据平面导航点并继续按照参数状态自动保持飞行，即姿态保持，航向保持，高度保持和速度保持，其中，飞行航向由于出现新的导航点而根据新的导航点调整航向，其它参数继续保持。在显示的本地地图上及其地形剖面上，可以设计通过点击指令能够累计生成多个导航点，并能够引导飞机由近到远逐个沿着导航点飞行，构成飞行航线。点击指令所生成的新的导航点，与原先预制的导航点接续，构成原预制航线的修改而生成新的预制航线，并自动保存(原航向也保留)。对于新生成的预制航线，当航线点数量达到总数量限制后，可以定义某一段执行过的航线自动脱节并储存，仅保留新生成航线的一段，并继续生成新航线，实现航线自动延续更新。在遥控模式下飞行，以本地地图上生成的点击指令和操作手柄产生的遥控杆指令，统称为称为遥控指令，是遥控指令生成的两种途径。同时操作时，可以定义遥控杆指令优先于屏幕点击指令，采用遥控指令的飞行方式称为遥控导航模式。

案例1，按键操控模式

选择飞机构型如图1或2，固定翼无人机加装电动四旋翼。

地面操控台采用按键操控方式，按键设置在人机界面上，按键发出的控制指令通过对按键的定义实现，可以调整。其中，如附图7所示，定义左侧和右侧按键组，左侧按键组对应机翼结构上左侧安装的一对旋翼，中间按键是转换键，亮灯表示该按键组在工作中，周边四个按键是矢向按键，灯亮表示在工作，按动矢量按键发出控制指令，包括左侧偏(纠偏)，右侧偏，前加速，后减速。单独按动矢向按键是选择旋翼6指向或矢向，同时按下中间的转换键与四周某一矢向按键则控制旋翼动力起动和加力，持续按键则动力增大至最大并保持，直至释放按键后动力停止按键指令具有离散量电传积分效果。再单独按动该矢向按键则表示降低动力，又一次按动转换键则旋翼动力停止并旋翼6回到预定位置静止，如旋翼6指向垂直。

右侧按键组的功能定义可以与左侧按键组对称且相同，左右侧按键组可以同时操作，一是加强旋翼的直接力强度，二是可以获得旋翼直接力与无人机主动力的动力组合控制效果。

右按键组的功能定义可以与左按键组不同，比如定义为遥控飞行按键组。

在丘陵地形进行管路巡线的场景中，地面控制台显示当地本地地图及其地形剖面，以及无人机匹配当前剖面的飞行位置及预制航线。通过飞行状态转换器选择目前为自动控制状态，无人机按照预制航线和任务飞行作业。在按动左按键组后，无人机控制系统处于参数状态自动保持飞行，即姿态保持，航向保持，高度保持和速度保持，在接受按键指令时，无人机在直接力作用小位移，然后回到预制航线。因此，为了让无人机在接受按键指令调整后，按照调整后的位置继续飞行，则应按动左按键组的中间按键关闭左按键组，即让按键灯不亮，通过关闭该转换器，则选择了遥控状态，就能够按照操控指令灵活操控航线及位置。

在平原地形飞行阶段，可以定义左侧的一对和右侧的一对旋翼6分别处于向左和向右的水平指向位置，以便无人机控制系统在自动控制纠偏时，只需要控制旋翼动力的开与关及其持续时间，达到通过旋翼直接力抵抗侧风的纠偏效果。

对坡地地形飞行阶段，可以定义遥控状态或自动状态，对应的飞行性能的设计都要能够自动控制飞行速度，使得飞行速度保持在接受直接力控制时，飞机结构强度限制在安全范围。

案例2，双杆操作模式，也称为双手柄操控模式

选择飞机构型如图1或2，固定翼无人机加装电动四旋翼。

地面操控台采用双杆操控方式，手柄摇动触发的控制指令通过对手柄动作的定义实现，可以调整。双杆设置在地面操控台上，操作员容易手握的位置。左杆和右杆分别对应机翼结构1上左侧和右侧分别安装的一对旋翼6，双杆上设置旋翼6的动力电门。

左杆摇动向左定义为左侧一对旋翼6向航向左侧放倒直至水平，摇动向右定义为左侧一对旋翼6向航向右侧放倒直至水平，摇动向前定义为左侧前旋翼6向前放倒直至水平，摇动向后定义为左侧后旋翼6向后放倒直至水平。

右杆摇动向右定义为右侧一对旋翼6向航向右侧放倒直至水平，摇动向左定义为右侧一对旋翼6向航向左侧放倒直至水平，摇动向前定义为右侧前旋翼6向前放倒直至水平，摇动向后定义为右侧后旋翼6向后放倒直至水平。

双杆上的动力电门定义为向一个方向搬动为旋翼6转速增加，对应旋翼动力增大，而向另一个方向搬动为旋翼6转速减小，对应旋翼动力减小。并且，动力电门的接通指令只有在旋翼6放倒直至水平后才接通起动，反之，双杆摇动触发的指令，也是有在旋翼动力停止后才能接通起动，以便确保旋翼动力只能提供水平机动飞行的直接力。可设计每接通一次旋翼动力电门，旋转从静止或低速增加到高速，增加一份动力量值，而多次接通的过程可以累积使得旋翼6转速保持高速，从而加大旋翼动力。但是可以设计累积接通的次数，以防止过渡使用旋翼动力。动力电门的设计应能够在动力电门释放后自动停止旋翼动力。如果需要旋翼动力持续高速旋转，则可以设置一个动力遥控转换器或称为动力开关来定义，接通开关，实现旋翼动力可以处于持续的动力状态。

左杆和右杆的组合操作能够为固定翼飞机产生多种水平机动飞行的直接力。可以定义，摇动左杆向左，而右杆向前，则产生向左偏航力矩，飞机向左水平转弯。摇动右杆向右，而左杆向前，则产生向右偏航力矩，飞机向右水平转弯。同样可以参考动力组合控制逻辑表定义其它操作效果，包括左杆和右杆同时外撇操作时定义为升高，而同时向内操作是定义为降高，从而实现飞机升高和降高的直接力控制效果。

左杆和右杆还可以分别定义，右杆为遥控杆，左杆为旋翼杆。在转换为手动控制状态后，右杆操作传统遥控飞行实现舵面气动力控制飞行，左杆操作旋翼动力提供水平大机动飞行的控制力。

在定义手动控制和自动控制状态，或定义手柄操作的各种模式中，对应的飞行性能的设计都要能够自动控制飞行速度，使得飞行速度保持在接受直接力控制时，飞机结构强度限制在安全范围。

在电力巡线场景中，电力线路的高度和路径大幅度变化，给航空巡线带来挑战。地面控制台显示当地本地地图及其地形剖面，以及巡线无人机匹配当前剖面的飞行位置和预制航线。通过航向设计，在当前航向即将到达电力线路拐点或爬高的变化地点前发出预报，巡线无人机自动或手动跟随电力线路的变化而调整航线。以手动操控为例，显示预报时，或通过视频观察到变化地点时，稍微提前操控旋翼动力，比如左杆向左而右杆向前，操作无人机快速左转弯，以便巡线视频保持观察电力线路，比如左杆和右杆同时外撇，操作无人机快速升高。必要时，重新定义左右杆指令，由右杆遥控操作飞机按照多面气动力控制航线变化，由左杆操作旋翼动力补充机动飞行的控制力。

在平原地段电力线路的平直段巡线飞行中，左杆或右杆也可以分别定义左侧的一对和右侧的一对旋翼分别处于向左和向右的水平指向位置，以便无人机控制系统在自动控制纠偏时，只需要控制旋翼动力的开与关及其持续时间，达到通过旋翼直接力抵抗侧风的纠偏效果。

案例3，单杆操作模式，也称为单独手柄操控模式

选择飞机构型如图1或2，固定翼无人机加装电动四旋翼。

地面操控台采用单杆操控方式，手柄摇动触发的控制指令通过对手柄动作的定义实现，可以调整。单杆设置在地面操控台上，操作员容易手握的位置。根据习惯采用左杆或右杆，对应操作机翼结构上左侧或右侧分别安装的一对旋翼6，单杆上设置旋翼6的动力电门。

选择左杆操作旋翼动力，左杆摇动向左定义为左侧一对旋翼向航向左侧放倒直至水平，且右侧前旋翼6向前放倒直至水平。对称的，左杆摇动向右定义为右侧一对旋翼6向航向右侧放倒直至水平，且左侧前旋翼6向前放倒直至水平。而左杆摇动向前定义为左侧和右侧旋翼6向前放倒直至水平，对应加速。对称的，左杆摇动向后定义为左侧和右侧旋翼6向后放倒直至水平，对应减速。通过设置高度转换开关，打开开关定义为左杆摇动向前发出升高指令，对应左侧和右侧一对旋翼动力矢向向上，而左杆摇动向后发出降高指令，对应左侧和右侧一对旋翼动力矢向向下。

地面操控台上连接触摸屏设备，使用快速航线规划界面的工具，通过点击本地地图生成导航点及新航线，实现遥控导航飞行。

以上，选择单杆操作模式，通过单一手柄将机翼上左侧和右侧旋翼动力进行了组合操控。通过触摸屏快速生成新航线，并与另一个手柄，比如右杆定义为遥控指令杆，与触摸屏上的点击指令作为备份，共同生成遥控导航指令。

在道路巡线场景中，城市街道大多呈现井字形布局，一般道路呈现折线变化。对预定巡线的航线上标记地形折点并匹配预报，当无人机飞近地形折点前发出折点预报。

操作员可以左杆操作旋翼动力，右手点击本地地图生成导航点及新航线，两者的结合执行参数状态自动保持的遥控导航飞行。同样，在本地地图上进行未预制航线的大面积搜寻目标的飞行，单杆操作配合飞机系统参数状态自动保持飞行，更适合实施遥控导航模式飞行。

附表1，直接力的组合控制逻辑表

附表1-1，单独手柄操控(遥控手柄操控逻辑未列出)

说明1，端头机构包括前端或后端，是指端头电机安装座有无能够顺或逆航向转动的机构。

说明2，按钮替代，是指手柄上，或人机界面上设置的替代手柄操控的转换设备，如拨杆。

说明3，序号8中旋翼矢向的“向下垂直”逻辑，对应的是旋翼加速降高，可以用“向上垂直”替代，对应的是旋翼减速降高。

附表1-2，双手柄操控

以上只是本发明的具体应用范例，本发明还有其他的实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种固定翼飞机直接力辅助飞行控制方法，其特征在于：在固定翼飞机上连接多旋翼倾转动力机构，从而获得改变飞行航线或飞机空间位置的直接力矩，并与飞机舵面气动力矩协同进行飞行控制；固定翼无人机的地面控制站加改装相应操作设备，对旋翼动力产生的直接力进行操作，对无人机机动飞行进行控制。

2.一种固定翼飞机直接力辅助飞行控制系统，其特征在于：包括在固定翼飞机上连接的多旋翼倾转动力机构，所述多旋翼倾转动力机构由倾转机构及其所连接的多个旋翼组成；其中，倾转机构连接在机翼结构上，倾转机构上连接多旋翼动力，提供包括前拉加速、向左或向右侧偏航、后拉减速，以及升高或降低的多维度的直接力控制。

3.根据权利要求2所述的固定翼飞机直接力辅助飞行控制系统，其特征在于：对于正常布局的固定翼飞机，该系统由机体结构，主动力系统和机载控制系统组成；机体结构包含机身结构，机翼结构和尾翼结构；主动力系统包含发动机和动力电源，动力电源包含储能电池和电源管理设备，给多旋翼动力和倾转动力机构提供所需电源；而机载控制系统包含飞行控制，动力组合控制，起降控制和辅助控制；飞行控制连接的多旋翼倾转动力机构，包括旋翼动力可以顺航向前后俯仰的单独倾转机构，构成具有顺航向和横航向的两个转动维度，按照倾转动力的动力组合控制逻辑对多旋翼倾转动力机构进行控制，并且与多个旋翼动力产生的直接力控制进行协同，实现对舵面气动力控制和对多旋翼直接力控制所需的动力组合协同控制飞行。

4.根据权利要求2所述的固定翼飞机直接力辅助飞行控制系统，其特征在于：对于双尾撑布局的固定翼飞机，该系统由机体结构，主动力系统和机载控制系统组成；其中，机体结构包含机身结构，机翼结构和尾撑/尾翼结构；在机翼下方独立布局多旋翼倾转动力机构，包括旋翼动力可以顺航向单独倾转的机构，构成具有顺航向和横航向的两个转动维度；机载控制系统也包含飞行控制，组合动力控制，起降控制和辅助控制；主动力系统同样包含发动机和动力电源，发动机的功率既用于拉动或推动飞机的飞行，也用于发电给动力电源充电，动力电源包含储能电池和电源管理设备，给多旋翼倾转动力机构提供所需电源；同样，飞行控制对连接的多旋翼倾转动力机构，按照倾转动力的控制逻辑对多旋翼倾转动力机构进行控制，并且与多个旋翼产生的直接力控制进行协同，实现对舵面气动力控制和对多旋翼直接力控制所需的组合动力协同控制飞行。

5.根据权利要求3或4所述的固定翼飞机直接力辅助飞行控制系统，其特征在于：采用组合操控方法实现直接力的调控；通过状态转换器选择对直接力的自动控制或手动控制状态；对手动控制状态，通过模式转换器选择按键的组合操控，或选择双手柄或单独手柄的操控，或按键与手柄的组合操控，实现多种可选择的组合操控方法产生操控指令及其效果。

6.根据权利要求3或4所述的固定翼飞机直接力辅助飞行控制系统，其特征在于：采用一种触摸屏结构的快速航线规划界面用于生成导航数据，作为地面操控台功能设备的一部分，与飞机地面控制台连接，并通过数据链对飞机装载航线数据，为飞行控制系统提供快捷生成的导航数据，以配合组合操控方法快捷实现直接力控制飞行。