CN110657919A - 一种直升机重心实时测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直升机重心实时测量方法，该方法包括如下步骤：1)测量直升机起飞前的重心；2)测量直升机起飞后的重心变化。本方法在现有的直升机重心测量方法上，考虑了直升机起飞后，因吊挂物摆动所引起的重心变化，通过设置于机腹的摄像机，实时拍摄直升机吊挂物的摆动状态，进而计算直升机在飞行过程中吊挂物摆动对重心位置的实时影响，实现了再飞行过程中实时的重心测量，为飞行员的飞行操作提供数据支撑，提升了直升机任务过程中的飞行安全性。

Description

一种直升机重心实时测量方法

技术领域

本发明属于航空电子技术，具体涉及一种直升机重心实时测量方法。

背景技术

直升机由于其具备悬停功能，货物吊挂功能，在抗震救灾、森林灭火等任务中，发挥着巨大的作用。直升机在执行任务时，通常处于环境复杂，气象条件差的山区、森林，且自身的重心也容易受到装载货物及吊挂货物的影响，提升了飞行员操纵飞机的难度，降低飞行安全性。为了更准确的给出直升机的重心位置信息，为飞行员提供自身重心位置的态势感知能力，需要对自身的重心位置进行实时计算。进而满足直升机安全飞行的需求。

目前，直升机的重心计算还仅在于直升机在地面时，通过人工计算的方式，对直升机的重心进行计算测量，该方法效率低下，且在飞行过程中，直升机吊挂的货物摆动对其产生的影响并未被考虑到，而且不能实时计算直升机在空中飞行过程中的重心位置。

因此，需提供一种能实时计算直升机重心的方法，来辅助飞行员对直升机的操纵，提高飞行安全性。

发明内容

发明目的：为了解决上述技术问题，本发明提供了一种能够在直升机整个飞行剖面实时计算的、高精度的重心测量方法。

技术方案：

一种直升机重心实时测量方法，所述方法包括如下步骤：

1)测量直升机起飞前的重心；

2)测量直升机起飞后的重心变化。

进一步的，所述步骤1)包括：

1.1)在直升机起落架上布置超声波距离传感器；

1.2)获取传感器数据；

1.3)依据步骤1.2)所获取的传感器数据，完成直升机重心的计算。

进一步的，所述步骤1.1)中，所述超声波距离传感器安装在起落架的液压行程杆的套筒上方。

进一步的，所述步骤1.2)中，获取的传感器数据为超声波距离传感器所探测的直升机起落架的液压行程杆的行程变化量。

通过位于直升机起落架的超声波距离传感器，获取直升机所有起落架的液压杆形成变化，利用工程试验所得到的起落架液压杆行程变化与起落架所承载重量的数据映射关系，获取直升机三个起落架所承载的重量，结合飞机的姿态信息，计算得到飞机的重心位置。

进一步的，所述步骤2包括

2.1)在机腹位置布置摄像机，挂点设置特征标识，

2.2)通过摄像机，图像识别该特征标识的当前位置；

2.3)依据当前位置，计算吊挂物的摆动角度和方向；

2.4)依据摆动角度和方向，来计算重心位置，并显示给飞行员。

进一步的，所述步骤2.1)中，摄像头镜头竖直朝下，并且使吊挂物处于镜头视野内。

直升机飞行过程中，机腹摄像机实时拍摄机腹挂吊物与缆绳连接处的特征标识点，通过图像处理，识别出特征标识点在图像的坐标位置，进而测算得出机腹吊挂物的摆动角度及摆动方向。结合重心计算公式

计算得出考虑吊挂物摆动影响后的直升机重心位置信息。

重心计算单元为一个独立的计算机，安装在直升机的设备舱，用于接收超声波距离传感器发送的传感器数据，接收直升机惯导发送的直升机姿态信息，执行直升机在地面时的重心计算。另外、重心计算单元通过DVI接口获取机腹摄像机拍摄的图像，并对其进行图像识别，提取特征点，测算吊挂物摆动角度，完成直升机在空中的实时重心计算。

有益效果：

1、本发明使用了安装在直升机起落架上的超声波距离传感器，该传感器成本低，可靠性高，精度高，能够有效的获取起落架液压杆的行程变化；通过测量直升机三个起落架的液压杆行程变化情况，计算起落架的承载重量，进而计算得出直升机的重心位置，该方法简单有效，且能够进行实时测量，降低了地勤人员的操作负荷，且能够在货物装载过程中实时监测，确保货物装载后的直升机重心位于其包线之内。

2、通过设置于机腹的摄像机，实时拍摄直升机吊挂物的摆动状态，进而计算直升机在飞行过程中吊挂物摆动对重心位置的实时影响，实现了在飞行过程中实时的重心测量，为飞行员的飞行操纵提供数据支撑，提升了直升机任务过程中的飞行安全性。

附图说明

图1本发明的物理组成示意图；

图2本发明起落架超声波距离传感系统安装示意图；

图3本发明的直升机地面重心计算示意图；

图4本发明的直升机机腹摄像机安装示意图；

图5本发明的吊挂物特征点提取示意图；

图6本发明的吊挂物摆动对重心影响计算示意图。

其中：1、超声波距离传感系统；1-1、液压套筒；1-2、液压杆；1-3、轮轴；1-4、直升机轮；1-5、反射器；1-6、超声波距离传感器；2、重心计算单元；3、惯导系统；4、机腹摄像机；5、机腹；6、吊挂物；7、特征点。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

如图1所示，为本发明的物理组成示意图，本发明包括超声波距离传感系统1，一个惯导系统3，一个机腹摄像机4以及重心计算单元2.超声波距离传感系统1在直升机3个起落架上各设置一个，重心计算单元3通过电缆获取超声波距离传感系统1的数据、机腹摄像机4发送的视频画面、以及从惯导系3获取的姿态信息来实时计算直升机的重心位置。

如图2所示，为本发明的起落架超声波距离传感系统的安装示意图。在起落架液压杆的套筒1-1上安装有超声波距离传感器1-6，超声波距离传感器1-6发出超声波到安装在轮轴1-3上的反射器1-5，进而测算得出超声波距离传感器1-6与反射器1-5的距离。当直升机在地面时，随着机上装载货物的增加，液压杆1-2被压缩进液压套筒1-1内。通过测量到的液压杆压缩距离，依据压缩距离与起落架承载重量的关系，获取每个起落架的承载重量。

如图3所示，为本发明的直升机地面重心计算示意图。重心计算单元获取直升机惯导系统给出的直升机姿态信息，直升机机轴与地面的夹角为A，前后三个起落架a,b,c所承载的重量分别为F_a,F_b,F_c.以0点为原点，以直升机机轴为X轴构建坐标系，三个起落架的坐标分别为A_a,A_b,A_c，按照如下公式完成重心位置的计算：

重心坐标*(装载货物+直升机空重)/cosA＝A_a*F_a+A_b*F_b+A_c*F_c。

如图4所示，为本发明的直升机机腹摄像机安装示意图；直升机完成货物装载后，携带吊挂物启飞。此时直升机的重心会受到机腹吊挂货物摆动的影响。设置在机腹的机腹摄像机实时拍摄设置在吊挂物与缆绳结合处的特征标识点，通过图像识别方式，识别出特征标识点在图像中的坐标。

如图5所示，为本发明的吊挂物特征点提取示意图；当吊挂物无摆动时，特征标识点在图像中的坐标(以图片左下角为原点)为A(x0,y0)。当直升机飞行过程中，收到空气阻力的作用，其在图像中的坐标变为B(x1，y1)。通过识别A、B在图像中的距离，依据图像中像素坐标与实际摆角的设计值，计算得出吊挂物的实际摆角M。

如图6所示，为本发明的吊挂物摆动对重心影响计算示意图。通过测量的吊挂物摆角，对飞机的重心位置进行计算。取机鼻外1米为原点，构件重心计算坐标系，此时吊挂物的力矩计算如下：

利用重心计算公式：

进一步计算出考虑吊挂物摆动对直升机重心影响后的直升机重心位置。

本发明在使用时，使用步骤如下：

1、直升机空重时，重心计算单元获取三个起落架的液压杆行程。

2、随着货物装载人员进行直升机内部装载，重心计算单元实时获取起落架上设置的超声波距离传感器传回的液压杆行程变化状态，并实时计算直升机的重心位置，并将其显示给货物装载人员，确保货物装载在直升机的重心安全包线内。

3、当直升机完成货物内部装载，且完成外部吊挂物固定起飞后，摄像机实时拍摄吊挂物，并将图像传给重心计算单元，计算单元实时计算飞机飞行过程中的重心信息，并将其显示给飞行员，用于飞行操作参考。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种直升机重心实时测量方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

1)测量直升机起飞前的重心；

2)测量直升机起飞后的重心变化。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1)包括：

1.1)在直升机起落架上布置超声波距离传感器；

1.2)获取传感器数据；

1.3)依据步骤1.2)所获取的传感器数据，完成直升机重心的计算。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤1.1)中，所述超声波距离传感器安装在起落架的液压行程杆的套筒上方。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤1.2)中，获取的传感器数据为超声波距离传感器所探测的直升机起落架的液压行程杆的行程变化量。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2包括

2.1)在机腹位置布置摄像机，挂点设置特征标识，

2.2)通过摄像机，图像识别该特征标识的当前位置；

2.3)依据当前位置，计算吊挂物的摆动角度和方向；

2.4)依据摆动角度和方向，来计算重心位置，并显示给飞行员。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤2.1)中，摄像头镜头竖直朝下，并且使吊挂物处于镜头视野内。

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