CN112015109B - 大型无人机起飞抬前轮试飞控制律及其设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大型无人机起飞抬前轮试飞控制律及其设计方法，所述设计方法包括：在大型无人机的纵向指令中加入纵向操纵面的预置偏度，通过该预置偏度控制升降舵使大型无人机向抬头方向；在大型无人机加速滑跑过程中，当大型无人机的速度达到设定速度时给出抬前轮指令；所述设定速度小于正常起飞状态的抬前轮速度；当大型无人机根据抬前轮指令抬起前轮时立刻给出发动机关机指令，以及纵向操纵面的反向偏转指令；所述发动机关机指令用于大型无人机减速停机；所述反向偏转指令用于控制升降舵使大型无人机向低头方向，以及控制前轮放下。本发明能够实现在小于正常起飞状态的抬前轮速度使大型无人机能抬起前轮，同时保证大型无人机不会离地起飞或冲出跑道。

Description

大型无人机起飞抬前轮试飞控制律及其设计方法
技术领域
本发明涉及大型无人机控制技术领域，尤其是一种大型无人机起飞抬前轮试飞控制律及其设计方法。
背景技术
大型无人机是指需要在正规机场跑道上起飞的重量在一吨以上的无人机。由于无人机控制律设计的特点，以前的大型无人机首飞前都没有进行专门的抬前轮试飞，没有专门为无人机抬前轮试飞设计的控制律，这就给大型无人机的首飞带来了风险，而一旦大型无人机起飞失败造成的损失就会比较大。
现在大型无人机正常的起飞控制律主要参数是固定的，容易出现两种情况：
1)飞机在跑道高速滑跑到达预定的起飞速度不能抬起前轮冲出跑道
由于起飞控制律设置的主要参数固定不变，由于飞机原始数据的误差，飞机在到达预定的抬前轮速度时飞机无法抬起前轮，而飞机发动机的推力有限，加速特性和能达到的速度有限，由于跑道长度限制导致起飞失败，飞机冲出跑道。
2)飞机在高速滑行时意外起飞
在飞机进行高速滑行测试时，并没有准备起飞，也没有抬起前轮，但由于飞机处于正升力状态，实际的升力大于根据风洞试验结果估算的升力，导致飞机意外起飞，如果准备不足容易发生事故。
我们已经有过这样的深刻教训。在XX无人机首飞时由于到达预定起飞速度未能抬起前轮导致飞机未能起飞，飞机冲出跑道撞到建筑物上损毁。在另一架无人机进行高速滑行测试时，在小于预定起飞速度时却在毫无准备的情况下意外起飞，虽然侥幸没有发生事故，但这也是严重的事故症候。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种大型无人机起飞抬前轮试飞控制律及其设计方法。
本发明提供的一种大型无人机起飞抬前轮试飞控制律设计方法，包括：
在大型无人机的纵向指令中加入纵向操纵面的预置偏度，通过该预置偏度控制升降舵使大型无人机向抬头方向；
在大型无人机加速滑跑过程中，当大型无人机的速度达到设定速度时给出抬前轮指令；所述设定速度小于正常起飞状态的抬前轮速度；
当大型无人机根据抬前轮指令抬起前轮时立刻给出发动机关机指令，以及纵向操纵面的反向偏转指令；所述发动机关机指令用于大型无人机减速停机；所述反向偏转指令用于控制升降舵使大型无人机向低头方向，以及控制前轮放下。
进一步，所述设定速度以及纵向操纵面的预置偏度可以在试飞时逐步增加。
进一步，所述试飞控制律中具有俯仰角限制值。
进一步，所述俯仰角限制值小于大型无人机允许的擦地角。
进一步，所述试飞控制律中襟翼偏度必须为0。
本发明还提供一种大型无人机起飞抬前轮试飞控制方法，所述大型无人机起飞抬前轮试飞控制方法遵循上述的大型无人机起飞抬前轮试飞控制律设计方法得到的大型无人机起飞抬前轮试飞控制律。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明设计方法设计的大型无人机起飞抬前轮试飞控制律中，保证了在小于大型无人机正常起飞状态的抬前轮速度时使大型无人机能抬起前轮；并且一旦大型无人机抬起前轮时立刻给出发动机关机指令使大型无人机减速停机，可以防止大型无人机加速起飞离地和防止冲出跑道；同时一旦大型无人机抬起前轮时立刻给出纵向操纵面的反向偏转指令，可以防止大型无人机起飞离地。
2、本发明设置了俯仰角限制值小于大型无人机允许的擦地角，可以防止飞机在抬前轮过程机尾擦地。
3、利用该大型无人机起飞抬前轮试飞控制律进行大型无人机的抬前轮试飞，可以大大降低大型无人机首飞的风险，提高大型无人机首飞的安全性：
1)在大型无人机首飞前进行抬前轮试飞，确保大型无人机能抬起前轮，又能防止大型无人机意外起飞或不能抬起前轮冲出跑道。
2)可以通过起飞抬前轮试飞调整和优化首飞控制律的控制律，可以提高大型无人机首飞的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例的大型无人机起飞抬前轮试飞控制律设计方法的流程框图。
图2为本发明实施例在大型无人机的纵向指令中加入纵向操纵面的预置偏度的示意图。
图3为本发明实施例发动机关机指令控制律的示意图。
图4为本发明实施例俯仰角限制控制律的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的设计思路为：设计大型无人机起飞抬前轮试飞控制律，让大型无人机通过高速滑跑抬起前轮，抬起前轮后又立刻放下前轮，并减速停机。其原理为，利用大型无人机纵向操纵面的抬前轮力矩的余量，在小于大型无人机正常起飞状态的抬前轮速度的情况下使大型无人机能抬起前轮，同时保证大型无人机不会离地起飞或冲出跑道。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
如图1所示，一种大型无人机起飞抬前轮试飞控制律设计方法，包括：
在大型无人机的纵向指令中加入纵向操纵面的预置偏度，通过该预置偏度控制升降舵使大型无人机向抬头方向，如图2所示；
在大型无人机加速滑跑过程中，当大型无人机的速度达到设定速度时给出抬前轮指令；所述设定速度小于正常起飞状态的抬前轮速度；
当大型无人机根据抬前轮指令抬起前轮时立刻给出发动机关机指令，以及纵向操纵面的反向偏转指令；所述发动机关机指令用于大型无人机减速停机，如图3所示；所述反向偏转指令用于控制升降舵使大型无人机向低头方向，以及控制前轮放下。
通过上述设计方法设计的大型无人机起飞抬前轮试飞控制律中，保证了在小于大型无人机正常起飞状态的抬前轮速度时使大型无人机能抬起前轮；并且一旦大型无人机抬起前轮时立刻给出发动机关机指令使大型无人机减速停机，可以防止大型无人机加速起飞离地和防止冲出跑道；同时一旦大型无人机抬起前轮时立刻给出纵向操纵面的反向偏转指令，可以防止大型无人机起飞离地。
在一些实施例中，只要大型无人机还没有抬起前轮，所述设定速度以及纵向操纵面的预置偏度可以在试飞时逐步增加，这样可以逐步逼近得到最佳的抬前轮速度和预置偏度。
在一些实施例中，如图4所示，所述试飞控制律中具有俯仰角限制值。作为优选方式，该俯仰角限制值的设定为：所述俯仰角限制值小于大型无人机允许的擦地角，可以防止飞机在抬前轮过程机尾擦地。
在一些实施例中，所述试飞控制律中襟翼偏度必须为0，以减少飞机离地起飞的风险。
通过上述内容设计了一种大型无人机起飞抬前轮试飞控制律，本实施例还实现了一种大型无人机起飞抬前轮试飞控制方法，所述大型无人机起飞抬前轮试飞控制方法遵循上述的大型无人机起飞抬前轮试飞控制律设计方法得到的大型无人机起飞抬前轮试飞控制律。
将所述大型无人机起飞抬前轮试飞控制律应用到四川腾盾科技公司研制的双尾蝎和扑天雕两个大型无人机上进行了成功测试，通过该测试结果表明，利用该大型无人机起飞抬前轮试飞控制律进行大型无人机的抬前轮试飞，可以大大降低大型无人机首飞的风险，提高大型无人机首飞的安全性：
1)在大型无人机首飞前进行抬前轮试飞，确保大型无人机能抬起前轮，又能防止大型无人机意外起飞或不能抬起前轮冲出跑道。
2)可以通过起飞抬前轮试飞调整和优化首飞控制律，提高大型无人机首飞的安全性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种大型无人机起飞抬前轮试飞控制律设计方法，其特征在于，包括：
在大型无人机的纵向指令中加入纵向操纵面的预置偏度，通过该预置偏度控制升降舵使大型无人机向抬头方向；
在大型无人机加速滑跑过程中，当大型无人机的速度达到设定速度时给出抬前轮指令；所述设定速度小于正常起飞状态的抬前轮速度；
当大型无人机根据抬前轮指令抬起前轮时立刻给出发动机关机指令，以及纵向操纵面的反向偏转指令；所述发动机关机指令用于大型无人机减速停机；所述反向偏转指令用于控制升降舵使大型无人机向低头方向，以及控制前轮放下。
2.根据权利要求1所述的大型无人机起飞抬前轮试飞控制律设计方法，其特征在于，所述设定速度以及纵向操纵面的预置偏度可以在试飞时逐步增加。
3.根据权利要求1所述的大型无人机起飞抬前轮试飞控制律设计方法，其特征在于，所述试飞控制律中具有俯仰角限制值。
4.根据权利要求3所述的大型无人机起飞抬前轮试飞控制律设计方法，其特征在于，所述俯仰角限制值小于大型无人机允许的擦地角。
5.根据权利要求1所述的大型无人机起飞抬前轮试飞控制律设计方法，其特征在于，所述试飞控制律中襟翼偏度必须为0。
6.一种大型无人机起飞抬前轮试飞控制方法，其特征在于，所述大型无人机起飞抬前轮试飞控制方法遵循如权利要求1至5任一项所述的大型无人机起飞抬前轮试飞控制律设计方法得到的大型无人机起飞抬前轮试飞控制律。
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