CN113492971A - 飞行装置及其控制方法和控制装置 - Google Patents
飞行装置及其控制方法和控制装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113492971A CN113492971A CN202110287298.9A CN202110287298A CN113492971A CN 113492971 A CN113492971 A CN 113492971A CN 202110287298 A CN202110287298 A CN 202110287298A CN 113492971 A CN113492971 A CN 113492971A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- flight
- flying device
- rate
- control
- turning
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- RZVHIXYEVGDQDX-UHFFFAOYSA-N 9,10-anthraquinone Chemical compound C1=CC=C2C(=O)C3=CC=CC=C3C(=O)C2=C1 RZVHIXYEVGDQDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 8
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000011295 pitch Substances 0.000 description 14
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 7
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 4
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000013473 artificial intelligence Methods 0.000 description 1
- 238000013528 artificial neural network Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
- G05D1/10—Simultaneous control of position or course in three dimensions
- G05D1/101—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft
- G05D1/102—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft specially adapted for vertical take-off of aircraft
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
- G05D1/08—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw
- G05D1/0808—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw specially adapted for aircraft
- G05D1/0858—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw specially adapted for aircraft specially adapted for vertical take-off of aircraft
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C27/00—Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
- B64C27/04—Helicopters
- B64C27/08—Helicopters with two or more rotors
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C19/00—Aircraft control not otherwise provided for
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C27/00—Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
- B64C27/04—Helicopters
- B64C27/12—Rotor drives
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C27/00—Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
- B64C27/54—Mechanisms for controlling blade adjustment or movement relative to rotor head, e.g. lag-lead movement
- B64C27/56—Mechanisms for controlling blade adjustment or movement relative to rotor head, e.g. lag-lead movement characterised by the control initiating means, e.g. manually actuated
- B64C27/57—Mechanisms for controlling blade adjustment or movement relative to rotor head, e.g. lag-lead movement characterised by the control initiating means, e.g. manually actuated automatic or condition responsive, e.g. responsive to rotor speed, torque or thrust
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C29/00—Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft
- B64C29/0008—Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft having its flight directional axis horizontal when grounded
- B64C29/0016—Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft having its flight directional axis horizontal when grounded the lift during taking-off being created by free or ducted propellers or by blowers
- B64C29/0025—Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft having its flight directional axis horizontal when grounded the lift during taking-off being created by free or ducted propellers or by blowers the propellers being fixed relative to the fuselage
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENTS OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
- B64D27/00—Arrangement or mounting of power plant in aircraft; Aircraft characterised thereby
- B64D27/02—Aircraft characterised by the type or position of power plant
- B64D27/24—Aircraft characterised by the type or position of power plant using steam, electricity, or spring force
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENTS OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
- B64D31/00—Power plant control; Arrangement thereof
- B64D31/02—Initiating means
- B64D31/06—Initiating means actuated automatically
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
- G05D1/10—Simultaneous control of position or course in three dimensions
- G05D1/101—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
Abstract
Description
技术领域
本公开涉及一种根据方案1的用于控制飞行装置的方法,并且涉及一种根据方案8的用于控制飞行装置的飞行的控制装置。本公开还涉及一种飞行装置,该装置包括根据本公开的控制装置。
背景技术
从现有技术已知具有多个驱动单元的飞行装置。垂直起飞和降落的飞行装置,也称为VTOL,尤其包括多个驱动单元。
在此,尤其从DE 10 2012 202 698A1已知具有多个驱动单元和多个旋翼的垂直起飞和降落的飞行装置。
这种飞行装置通常包括至少一个用于飞行控制的控制装置,例如以飞行控制计算机形式的控制装置,飞行员将控制信号输入到该控制装置中,以便将其置于定义的飞行运动中。在此,控制信号包括飞行装置的指令运动(commanded movement)。通过用于飞行控制的控制装置基于控制信号,来确定由驱动单元、特别是电驱动单元引起相应运动所必需的推力分布。为了实现期望的飞行运动,也可以操纵诸如方向舵或副翼之类的致动器。
为了操纵飞行装置,尤其需要使得飞行装置的方向改变的横向运动。不同类型的横向运动,特别是在飞行装置的转弯速率方面有所不同。如果转弯速率不等于零,则其大小表示飞行装置在转弯飞行期间在定义的时间段内飞过的角度范围。如果转弯速率为零,则飞行装置的横向运动包括纯横向平移运动。
在已知方法中,飞行员的任务是基于当前空速(airspeed)来决定要设定哪个转弯速率,并将用于飞行控制的相应信号输入控制装置。
从US 2018/0244369 A1中已知这种飞行控制器。它包括操纵杆形式的输入单元,其除了主输入之外还包括次输入。主输入的目的是通过输入滚转角将飞行装置置于没有转弯速率的横向运动中,而次输入的目的是在转弯飞行期间为飞行装置设置定义的转弯速率。现有技术中确定的转弯速率取决于必须由飞行装置的传感器捕获的空速。空速越大,转弯速度越低,反之亦然。
先前已知的控制器的缺点在于需要来自飞行员的多个输入以便能够利用飞行装置执行不同类型的横向运动。还需要用于获取空速的传感器,飞行员根据该传感器决定应设置的转弯速率。然而,所述传感器容易出错,并且获取昂贵。
发明内容
因此,本公开的目的是简化用于控制的方法以及飞行装置的控制,并降低飞行装置的制造成本。
该目的通过根据方案1的方法来实现。在从属方案2至7中找到实施例的有利形式。该目的还通过根据方案8的控制装置来实现。根据本公开的控制装置的实施例的有利形式在方案9和10中找到。如方案11和12所述的根据本公开的飞行装置也实现了本公开的目的。为了避免重复,特此通过引用将这些方案明确地包括在说明书中。
在根据本公开的用于控制飞行装置的方法中,该飞行装置具有多个驱动单元、特别是电驱动单元以及具有用于飞行控制的控制装置,至少一个横向控制信号被输入到该控制装置中以启动飞行装置的横向运动。
对于根据本公开的方法而言重要的是,通过速度估计来确定飞行装置的速度,并且根据估计的空速Vest和横向控制信号,特别是指令滚转角(commanded roll angle),来计算转弯速率,然后通过输入横向控制信号而计算的转弯速率来自动启动横向运动。
本公开是基于申请人的知识而建立的,即对空速的估计以及对计算的转弯速率的自动确定和设置,使得对飞行装置的控制较少受到干扰或故障的影响。
因此,本公开在以下方面不同于先前已知的方法:根据本公开对空速进行估计发生在没有潜在故障传感器的情况下,特别是在没有诸如皮托管或普朗特管的流量传感器的情况下。用于飞行控制的控制装置能够基于估计的空速来确定飞行员想要通过横向控制信号的输入引起哪种类型的横向运动。特别地,飞行员不必将两种或更多种类型的横向控制信号输入到用于飞行控制的控制装置中。而是仅需要一个控制元件,通过该控制元件例如以指令滚转角的形式将横向控制信号输入到控制装置中以进行飞行控制。横向控制信号还可以可替代地激活其他致动器,例如副翼,例如副翼可以影响滚转角。
速度的估计可以基于物理模型进行,例如以飞行装置的运动微分方程的形式。运动微分方程优选地基于作用在飞行装置的空间分布结构上或重心的建模力或扭矩的平衡。运动微分方程的术语在此可以包括空速或空速的数学导数。可以通过求解运动微分方程来估计空速,从而可以完全省去通过其获取测量值的传感器,从该传感器中可以直接确定传统上的空速。
运动微分方程的求解优选地通过已知的数值解法来确定,例如,Euler或Runge-Kutta的数值解法,其在用于飞行控制的控制装置中实现。在本公开的范围内,必须根据运动微分方程的类型来选择合适的求解方法。在本公开的范围内,使用用于估计空速的算法,其中基于人工智能方法,例如以合成神经网络的形式来估计速度。
在该方法的一种有利实施例中,根据指令俯仰角(commanded pitch angle),尤其是根据阻力系数来确定空速。
俯仰角指示飞行装置相对于其水平轴是否倾斜以及倾斜到什么程度。然而,通过俯仰角的倾斜,电驱动单元的总推力的作用方向也被倾斜。结果,驱动力承受水平推力分量和垂直推力分量。为了使飞行装置不损失高度,调整总推力以使特定的垂直推力分量作用在飞行装置的重量上。
下面根据在水平面内的飞行,即不改变高度来描述本公开。在此假设,推力被调节,以便对沿z轴的位置变化进行补偿。z方向上的力得以平衡,因为向下作用的飞行装置的重量由推力矢量的z分量(特定的垂直推力分量g)补偿。
当然,在高度变化的情况下进行飞行的飞行装置也在本公开的范围内。在这种情况下,必须以适当的角度调整公式。
通过与指令俯仰角的三角关系,水平力分量的分量可以被结合到飞行装置的模型中,特别是运动微分方程。因此,空速的估计取决于指令俯仰角。然后,所述水平力分量对应于g tan(θc),其中g是特定的垂直推力分量,而θc是飞行装置的指令俯仰角。
此处,ρ是空气密度,A是沿空速矢量观察的、飞行装置的有效横截面,cW是阻力系数,以及V是沿空速矢量的、飞行装置与空气之间的相对速度。对于飞行高度的微小变化而言,空气密度几乎恒定。在这种情况下,阻力系数、横截面和该密度可以与飞行装置的质量一起组合成阻力系数通过合并FL,可以提高估计的准确性。如果简化了空气阻力的计算,则可以采用以下运动微分方程来估算空速:
在另一个有利的实施例中,所计算的转弯速率在空速为零的第一阈值速度V0以下为零,从而开始平移运动。
申请人的调查表明,飞行控制中存在操纵,其特征在于低空速和等于或接近于零的转弯速率。着陆进场或在悬停过程中保持静止位置就是这样的例子。在这种操纵中,有利地指定了空速与期望的横向运动的类型之间的关系。
在该方法的实施例的一个优选形式中,当输入指令滚转角时,飞行装置仅执行低于第一阈值速度V0或以第一阈值速度V0的横向平移运动。为此,可以在用于飞行控制的控制装置中指定第一阈值速度V0,并且在飞行期间将其与估算的空速进行比较。如果估算的空速等于或低于第一阈值速度,则转弯速度将自动设置为零值。
在该方法的一个优选实施例中,提供了第二阈值速度Vcoor。在第一阈值速度V0和第二阈值速度Vcoor之间的速度范围内,根据第一阈值速度V0和第二阈值速度Vcoor调整用于协调转弯飞行的计算的转弯速率,以便不超过飞行装置的允许的转弯速率阈值。
转弯速率通常是飞行控制系统的输入参数。控制装置通常是飞行控制系统的一部分。飞行控制系统或飞行控制器通常也将飞行员输入解释为转弯速率。该系统随后将其转换为偏航角速率。
如果估计的空速超过下限阈值速度V0,则飞行员通过横向信号的输入增加期望进行转弯飞行的机动次数。与横向平移运动相反,转弯飞行的特征在于弯曲半径。为了执行转弯飞行,可以在飞行装置上设置滚转角,使得电驱动单元的总推力的作用方向根据滚转角而至少具有朝向曲线内侧的分量。然而,在转弯飞行过程中会产生横向力,如果转弯协调无法抵消这些横向力,则会将飞行装置推出该曲线。在此,转弯协调可以包括降低转弯速率和/或调节飞行装置的偏航角速率,每一个都可以取决于命令滚转角而发生。
以下力平衡适用于没有横向力的协调的转弯飞行:
在协调的转弯飞行中,优选将以下定律与上述公式相关联:在低空速时,飞行装置的确定的转弯速率会急剧上升。由于飞行装置的物理受限的可操纵性,然而,要设定的转弯速率不能任意高,并且必须低于转弯速率阈值。转弯速率阈值例如可以取决于如何实现飞行装置的协调的转弯飞行而得出。如果这以某种方式可以包括调节飞行装置的偏航姿态,则转弯速率阈值可以取决于偏航角速率阈值,而该偏航角速率阈值又取决于飞行装置的驱动单元的性能。
因为减小了计算的转弯速率,可以防止在转弯飞行中超过转弯速率阈值。这优选地以系数或校正的形式进行,当通过用于飞行控制的控制装置计算出该系数或校正时,该转弯速率被降低。从而改善了第一阈值速度V0和第二阈值速度Vcoor之间的速度范围内的动态飞行特性。
在该方法的一种有利的实施方式中,当空速超过第二阈值速度Vcoor时,以计算的转弯速率启动飞行装置在协调的转弯飞行中的横向运动。
如果空气速度超过第二阈值速度Vcoor,则可以在不降低转弯速率的情况下进行转弯协调。在此有利的是,飞行装置的操纵不必限制在第一阈值速度V0以上,因为没有超过转弯速率阈值。由此改善了飞行装置在转弯飞行中的操纵性能。
在该方法的一种有利的实施方式中,转弯速率是根据以下公式计算的:
申请人进行的实验和仿真研究表明,取决于飞行装置的各个飞行特性,有利地进行第一阈值速度V0和第二阈值速度Vcoor的规定。结果,可以在考虑到针对飞行装置进行调整的可靠的转弯速率的情况下,定义用于确定转弯速率的速度范围。通过阈值速度的规定,以简单的方式发现了速度相关的控制参数c,该速度相关的控制参数c可以容易地实现并且可以在用于飞行控制的控制装置中仅花费很少的努力就根据不同飞行装置的不同飞行特性进行调整。
在一个有利的实施例中,通过与外部输入的偏移来改变所计算的转弯速率,优选地通过飞行员的手动输入来进行转弯速率校正和/或转弯速率的目标值的输入。
如果确定的转弯速率低于最大允许转弯速率,则,如果飞行员可以通过外部输入改变转弯速率,则可以提高飞行装置的可操纵性。在此,在飞行装置的每个速度范围,通过外部输入来改变转弯速率都是有利的。
在此,转弯速率校正表示可以添加到已经确定的转弯速率上的附加转弯速率的值。由此,控制装置确定用于调节相应的飞行运动的新的转弯速率。这可以包括对其他变量(例如偏航高度)的改变。
除转弯速率校正外,协调的转弯飞行中的转弯速率可以通过转弯速率的目标值进行覆盖。在此,可以通过外部输入来确定要设定的转弯速率,而不会抵消已经确定的转弯速率。这里,目标值是一个可以直接设置的值,必要时可考虑转弯速率阈值。
本公开的目的还通过根据方案8的用于飞行装置的飞行控制的控制装置来实现。
如本身已知的,根据本公开的用于具有多个电驱动单元的飞行装置的飞行控制的控制装置被设计成接收至少一个横向控制信号,以便引入飞行装置的横向运动。
重要的是,控制装置被设计为通过速度估计来确定飞行装置的速度,以根据估计的空速Vest和指令滚转角来计算所计算的转弯速率,并通过横向控制信号的输入来以计算的转弯速率自动启动横向运动。
根据本公开的控制装置还具有根据本公开的方法或根据本公开的方法的实施例的优选形式之一的上述优点。
用于飞行控制的控制装置例如可以以中央飞行控制计算机的形式实现,其目的是接收飞行员输入并将它们转换成相应的控制信号,利用该控制信号来驱动飞行装置的致动器。然而,同样在本公开的范围内,飞行控制器也至少部分地设计为电传操纵系统(fly-by-wire system)。可替代地或附加地,飞行控制器可以主动地连接到非中央控制单元,例如以独立实施的控制器或地面上的非中央计算单元的形式。
在一种有利的改进方案中,可以通过手动输入来输入转弯速率校正和/或转弯速率的目标值,以便改变计算的转弯速率。
手动输入转弯速率校正和/或转弯速率目标值都可以通过一个输入元件进行,横向信号也可以通过该输入元件输入到用于飞行控制的控制装置中,但是可替换地也可以通过第二输入元件进行输入。该输入可以包括转弯速率的数字输入,该转弯速率的数字输入被用于飞行控制的控制装置立即采用以启动横向运动。在此,优选地,用于飞行控制的控制装置确保通过实施已经输入的附加转弯速率或转弯速率目标值,使得最大允许转弯速率不被超过。
在另一有利的改进方案中,控制装置被设计成不具有用于测量速度的流体机械传感器。
已知的用于飞行装置的控制装置配备有流体机械传感器,通过该流体机械传感器可以确定空速。然而,所述流体机械传感器仅允许间接确定空速:特别是皮托管(Pitottube)/普朗特管(Prandtl tube)容易出错,并且需要将压差计算转换为空速计算。
通过根据本公开的用于估计用于飞行控制的控制装置中的速度的估计方法的实施方式,可以完全省略用于确定速度的传感器信号。
尽管如此,在本公开的范围内,控制装置可以连接到其他传感器。这些其他传感器例如包括加速度传感器、用于环境值的传感器(例如风速传感器),或高度计。
本公开的目的还通过具有根据本公开如上所述的控制装置的垂直起飞和降落的飞行装置或根据本公开的控制装置的实施例的优选形式来实现。
飞行装置优选地被实现为电驱动飞行装置。如申请人的DE 10 2012 202698A1中所描述的,已知的电驱动垂直起飞和降落的飞行装置具有比常规飞行装置更大的可操纵性。例如,可以执行纯平移运动和协调控制转弯飞行。
飞行装置优选地包括多个电驱动单元,优选地包括用于多个转子的多个电驱动单元。特别优选地,转子基本上布置在一个平面中。
该飞行装置优选地被设计为载人飞行装置,特别是用于自动地或在与该装置一起飞行的飞行员的控制下的人员运输。该飞行装置还可以被设计成用于在远程控制下或自主地进行负载的运输。
附图说明
下面参照实施例和附图说明根据本公开的方法以及根据本公开的控制装置以及根据本公开的飞行装置的实施例的其他优选特征和形式。示例性实施例和引用的尺寸仅是本公开的有利实施例,而不是限制性的。
图1示出了多轴直升机的侧视图;
图2示出了在转弯飞行中多轴直升机的正视图;
图3示出了在转弯飞行中多轴直升机的平面图;
图4示出了根据估计的空速和飞行装置的滚转角而计算出的转弯速率的曲线图;
图5示出了用于执行用于飞行装置的横向控制的方法的流程图。
具体实施方式
图1示出了飞行装置,在当前情况下是多轴直升机1,该飞行装置具有电驱动单元2,为了清楚起见,仅这两个部件被给出相应的附图标记。多轴直升机1包括飞行控制计算机(FCC)3,其被连接以与驱动单元2和输入装置(未示出)进行信号传递。
通过用于操纵多轴直升机1的、输入到输入装置中的指令飞行员输入(commandedpilot input),飞行员输入作为控制信号被传送至FCC 3。FCC 3根据该控制信号确定驱动单元2的推力分布,以便多轴直升机1执行与指令飞行员输入相对应的运动。
为了设置具有速度矢量V的前向飞行,飞行员向FCC 3发出一个负俯仰角–θ。通过在驱动单元2处设置相应的推力分布,多轴直升机俯仰。结果,由驱动单元2产生的总推力就其角度分量而言被划分为特定的垂直推力分量g和水平分量-g tan(θ)。特定的垂直推力分量g与重量(未示出)相对准。
空气阻力与飞行装置的速度矢量相反,并导致多轴直升机1制动。是空气阻力的近似值,其中是单独的、特定的空气阻力系数,而V对应于速度矢量的振幅。通过根据d'Alembert原理在水平方向上对力进行平衡,多轴直升机的运动方程式如下:
图2示出了在转弯飞行中从正面观察的多轴直升机1。该多轴直升机1与图1所示的相同。
为了进行横向运动,飞行员(未示出)将指令滚转角φC(未示出)形式的横向信号输入到多轴直升机1的FCC中。基于指令滚转角φC,在FCC中确定驱动单元2的偏移分布,通过该分布来改变多轴直升机1的实际滚转角φ,并由此也改变多轴直升机1的特定的总推力S=g/cos(φ)/cos(θ)所沿的方向。考虑到垂直推力分量,则总推力S的水平分量为g tan(φ)/cos(θ)。
下面的公式描述了协调的转弯飞行中的力关系,它是由水平方向上对力进行平衡得出的。
图3示出了在转弯飞行中多轴直升机1的平面图。多轴直升机1与图1和图2所示相同。
在转弯飞行中的已知影响称为打滑,其中将多轴直升机1从飞行曲线5中推出。打滑是由于横向力而产生的,在所示的示例性实施例中,可通过对多轴直升机1的驱动单元的适当控制来补偿横向力。在所示的多轴直升机1中,调节是通过调整飞行装置的转弯速率来进行的。然而,由于多轴直升机1具有转弯速率阈值,因此这不能任意改变。该最大允许转弯速率作为阈值存储在FCC中,并且在飞行期间在调整多轴直升机的允许方向时将其考虑在内。
则,可以看到低空速V时的转弯速率相应地增加,因此在缓慢转弯飞行期间,不一定总能足够快地将转弯速率阈值考虑在内进行重新调整。因此,阈值被存储在多轴直升机1的FCC中,考虑到空速,利用该阈值进行转弯飞行的协调。
在此,V0是较低的第一阈值速度,低于该第一阈值速度,飞行装置不进行转弯运动,而是进行纯横向平移运动。如所述的,在转弯速率的计算中,这由系数c反映,当速度降至低于第一阈值速度时,该系数设置为零。Vcoor是上限第二阈值速度。
如果估计的空速Vest在第一阈值速度V0和第二阈值速度Vcoor之间,则计算协调的转弯飞行中的所需转弯速率以便最大允许转弯速率阈值没有被超过。相对于第二阈值速度Vcoor和第一阈值速度V0之间的差来设置估计的空速Vest和第一阈值速度V0之间的差,以计算系数c。结果,转弯速率被减小,以便转弯速率阈值、进而与其对应的偏航角速率阈值没有被超过。通过实验和仿真确定多轴直升机的第一阈值速度V0和第二阈值速度Vcoor的大小。
参照根据图4的曲线图,示出了根据空速V实现飞行协调的方式。
其中,该转弯速率既用于纯平移运动,又用于协调的转弯飞行。如果计算的转弯速率低于最大转弯速率阈值该计算的转弯速率不超过飞行装置的转弯速率阈值,则可以通过改变滚转角来提高转弯速率,因为滚转角被增加了,例如,从φ1到φ2。
图5示出了用于飞行装置的横向控制的示意性方法流程的示例性实施例,根据该示意性方法流程,该控制装置在根据图1-3的多轴直升机的FCC中实现。所示的示例性实施例包含速度估计6,该速度估计6是基于运动微分方程的解而获得的。
Claims (12)
10.根据权利要求8或9所述的控制装置,其中,所述控制装置(3)被设计为没有用于测量所述速度的传感器。
11.一种垂直起飞和降落的飞行装置(1),特别是载人飞行装置,所述飞行装置(1)具有根据权利要求8至10中任一项所述的控制装置。
12.一种垂直起飞和降落的飞行装置(1),
其中,所述飞行装置包括多个电驱动单元,优选地包括用于多个转子的多个电驱动单元,特别优选地,所述转子基本上布置在一个平面中。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102020107456.5A DE102020107456A1 (de) | 2020-03-18 | 2020-03-18 | Verfahren und Steuergerät zur Kurvenkoordinierung eines Fluggerätes sowie ein Fluggerät mit Kurvenkoordinierung |
DE102020107456.5 | 2020-03-18 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN113492971A true CN113492971A (zh) | 2021-10-12 |
CN113492971B CN113492971B (zh) | 2024-04-30 |
Family
ID=77552451
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202110287298.9A Active CN113492971B (zh) | 2020-03-18 | 2021-03-17 | 飞行装置及其控制方法和控制装置 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20210294354A1 (zh) |
CN (1) | CN113492971B (zh) |
DE (1) | DE102020107456A1 (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115017747A (zh) * | 2022-08-09 | 2022-09-06 | 安胜(天津)飞行模拟系统有限公司 | 一种eVTOL飞机的多倍速仿真重定位运行方法 |
Citations (32)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB611037A (en) * | 1945-03-09 | 1948-10-25 | Smith & Sons Ltd S | Improvements in or relating to automatic control systems |
GB715333A (en) * | 1947-03-15 | 1954-09-15 | Sperry Corp | Improvements in or relating to automatic flight control systems |
GB854904A (en) * | 1956-01-03 | 1960-11-23 | Sperry Rand Corp | Flight aid systems for aircraft |
GB874829A (en) * | 1957-08-14 | 1961-08-10 | Snecma | Vertical take-off and landing aircraft |
US3513246A (en) * | 1967-04-24 | 1970-05-19 | Singer General Precision | Analog computer |
FR2149777A5 (zh) * | 1971-08-05 | 1973-03-30 | United Aircraft Corp | |
IL102970A0 (en) * | 1991-08-28 | 1993-02-21 | United Technologies Corp | Low speed turn coordination for rotary wing aircraft |
US5195700A (en) * | 1991-08-28 | 1993-03-23 | United Technologies Corporation | Low speed model following velocity command system for rotary wing aircraft |
US5263662A (en) * | 1992-05-19 | 1993-11-23 | United Technologies Corporation | Helicopter integrated fire and flight control system having turn coordination control |
US20010039466A1 (en) * | 1999-12-22 | 2001-11-08 | Katz Kenneth P. | Method and apparatus for limiting attitude drift during turns |
US6489898B1 (en) * | 2000-11-16 | 2002-12-03 | Honeywell International Inc. | Desired rate of turn bank angle indicator |
WO2005112572A2 (en) * | 2004-05-05 | 2005-12-01 | Atair Aerospace, Inc. | Methods and apparatuses for controlling high wing loaded parafoils |
JP2006137278A (ja) * | 2004-11-11 | 2006-06-01 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 飛行経路のバンク角生成方法および装置 |
US20070088466A1 (en) * | 2005-07-20 | 2007-04-19 | Atair Aerospace, Inc. | Method and apparatuses for controlling high wing loaded parafoils |
US20080075591A1 (en) * | 2006-09-22 | 2008-03-27 | Bell Helicopter Textron Inc. | Automatic heading control system for tiltrotor aircraft and helicopters |
US20110071710A1 (en) * | 2009-09-23 | 2011-03-24 | Airbus Operations (Sas) | Method and device for detecting an erroneous speed generated by an air data inertial reference system |
US20110190964A1 (en) * | 2010-01-29 | 2011-08-04 | Eurocopter | Turning-stabilized estimation of the attitude angles of an aircraft |
US20120232718A1 (en) * | 2011-03-08 | 2012-09-13 | Parrot | Method of piloting a multiple rotor rotary-wing drone to follow a curvilinear turn |
US20130090788A1 (en) * | 2011-03-29 | 2013-04-11 | Bell Helicopter Textron Inc. | Flight control laws for full envelope banked turns |
US20130204470A1 (en) * | 2012-01-23 | 2013-08-08 | Airbus Operations Gmbh | Method for planning a landing approach of an aircraft, computer program product, medium with a landing approach plan stored thereon, as well as device for planning a landing approach |
DE102012202698A1 (de) * | 2012-02-22 | 2013-08-22 | Syntern Gmbh | Fluggerät |
US20150197335A1 (en) * | 2012-09-23 | 2015-07-16 | Israel Aerospace Industries Ltd. | System, a method and a computer program product for maneuvering of an air vehicle |
US20160266582A1 (en) * | 2015-03-12 | 2016-09-15 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Aircraft Guidance Based on Partial Differential Equation for Miss Distance |
CN106648673A (zh) * | 2016-12-28 | 2017-05-10 | 南京航空航天大学 | 一种连续下降运行程序的分析和设计方法 |
CN106697263A (zh) * | 2016-12-28 | 2017-05-24 | 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 | 一种滚转副翼反效控制方法 |
US20170160749A1 (en) * | 2015-12-08 | 2017-06-08 | Airbus Helicopters | Method and a device for piloting an aircraft |
US20170369181A1 (en) * | 2016-06-28 | 2017-12-28 | Airbus Helicopters | Detecting that a rotorcraft is approaching a vortex domain, and signaling that detection |
CN107688689A (zh) * | 2017-07-27 | 2018-02-13 | 南京航空航天大学 | 一种基于分层加权的飞行程序噪声评估方法 |
US20180244369A1 (en) * | 2017-02-27 | 2018-08-30 | Bell Helicopter Textron Inc. | Rotorcraft Fly-by-Wire Standard Rate Turn |
US20180356439A1 (en) * | 2017-06-12 | 2018-12-13 | The Boeing Company | System for estimating airspeed of an aircraft based on a drag model |
AU2017390611A1 (en) * | 2017-01-05 | 2019-07-25 | Bae Systems Information And Electronic Systems Integration, Inc. | Determination of guided-munition roll orientation |
CN110320924A (zh) * | 2018-03-29 | 2019-10-11 | 贝尔直升机德事隆公司 | 用于旋翼飞行器轮子承重飞行状态转换控制的系统和方法 |
Family Cites Families (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4042980B2 (ja) * | 2004-05-14 | 2008-02-06 | 本田技研工業株式会社 | 車両操作支援装置 |
DE102005038017B3 (de) * | 2005-08-09 | 2007-05-10 | Eads Deutschland Gmbh | Verfahren zur Flugführung mehrerer im Verband fliegender Flugzeuge |
US8128033B2 (en) * | 2006-11-02 | 2012-03-06 | Severino Raposo | System and process of vector propulsion with independent control of three translation and three rotation axis |
US8380473B2 (en) * | 2009-06-13 | 2013-02-19 | Eric T. Falangas | Method of modeling dynamic characteristics of a flight vehicle |
DE102010007042A1 (de) * | 2010-02-05 | 2011-08-11 | Airbus Operations GmbH, 21129 | Flugzeug mit einer Steuerungsvorrichtung |
DE202010002309U1 (de) * | 2010-02-11 | 2010-05-06 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Reglereinrichtung für Helikopter |
FR3031817B1 (fr) * | 2015-01-15 | 2018-05-25 | Laurent BERDOULAT | Methode de correction du calcul d'une caracteristique de vol d'un avion par prise en compte du vent vertical, procede de calcul du coefficient de trainee |
DE102015102459B4 (de) * | 2015-02-20 | 2016-11-03 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Verfahren und Vorrichtung zur Ansteuerung eines Simulators |
DE102015209673A1 (de) * | 2015-05-27 | 2016-12-01 | Siemens Aktiengesellschaft | Antriebseinheit für ein Luftfahrzeug, Luftfahrzeug mit einer Antriebseinheit und Verwendung eines Doppelspulenaktormotors |
WO2017053522A1 (en) * | 2015-09-22 | 2017-03-30 | Ohio University | Loss-of-control prevention and recovery flight controller |
US10365296B2 (en) * | 2016-09-29 | 2019-07-30 | Innovative Solutions & Support, Inc. | Systems and methods for compensating for the absence of a sensor measurement in a heading reference system |
FR3060779B1 (fr) * | 2016-12-16 | 2021-08-06 | Airbus Helicopters | Procede de commande de vol pour giravion, et giravion |
US10577091B2 (en) * | 2017-04-24 | 2020-03-03 | Bcg Digital Ventures Gmbh | Vertical take-off and landing aircraft |
US10605822B2 (en) * | 2017-06-12 | 2020-03-31 | The Boeing Company | System for estimating airspeed of an aircraft based on a weather buffer model |
US11048275B1 (en) * | 2017-10-27 | 2021-06-29 | Rockwell Collins, Inc. | Enhanced guidance laws for precision operations |
US11066189B2 (en) * | 2018-12-07 | 2021-07-20 | The Boeing Company | Flight control system for determining estimated dynamic pressure based on lift and drag coefficients |
CN111392047B (zh) * | 2020-03-30 | 2023-08-01 | 扬州翊翔航空科技有限公司 | 一种无人机用微型混合动力电机的转速无传感器测量系统 |
-
2020
- 2020-03-18 DE DE102020107456.5A patent/DE102020107456A1/de active Pending
-
2021
- 2021-03-16 US US17/203,091 patent/US20210294354A1/en active Pending
- 2021-03-17 CN CN202110287298.9A patent/CN113492971B/zh active Active
Patent Citations (36)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB611037A (en) * | 1945-03-09 | 1948-10-25 | Smith & Sons Ltd S | Improvements in or relating to automatic control systems |
GB715333A (en) * | 1947-03-15 | 1954-09-15 | Sperry Corp | Improvements in or relating to automatic flight control systems |
GB854904A (en) * | 1956-01-03 | 1960-11-23 | Sperry Rand Corp | Flight aid systems for aircraft |
GB874829A (en) * | 1957-08-14 | 1961-08-10 | Snecma | Vertical take-off and landing aircraft |
US3513246A (en) * | 1967-04-24 | 1970-05-19 | Singer General Precision | Analog computer |
FR2149777A5 (zh) * | 1971-08-05 | 1973-03-30 | United Aircraft Corp | |
IL102970A0 (en) * | 1991-08-28 | 1993-02-21 | United Technologies Corp | Low speed turn coordination for rotary wing aircraft |
US5195700A (en) * | 1991-08-28 | 1993-03-23 | United Technologies Corporation | Low speed model following velocity command system for rotary wing aircraft |
US5213283A (en) * | 1991-08-28 | 1993-05-25 | United Technologies Corporation | Low speed turn coordination for rotary wing aircraft |
US5263662A (en) * | 1992-05-19 | 1993-11-23 | United Technologies Corporation | Helicopter integrated fire and flight control system having turn coordination control |
US20010039466A1 (en) * | 1999-12-22 | 2001-11-08 | Katz Kenneth P. | Method and apparatus for limiting attitude drift during turns |
US6489898B1 (en) * | 2000-11-16 | 2002-12-03 | Honeywell International Inc. | Desired rate of turn bank angle indicator |
WO2005112572A2 (en) * | 2004-05-05 | 2005-12-01 | Atair Aerospace, Inc. | Methods and apparatuses for controlling high wing loaded parafoils |
JP2006137278A (ja) * | 2004-11-11 | 2006-06-01 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 飛行経路のバンク角生成方法および装置 |
US20070088466A1 (en) * | 2005-07-20 | 2007-04-19 | Atair Aerospace, Inc. | Method and apparatuses for controlling high wing loaded parafoils |
US20080075591A1 (en) * | 2006-09-22 | 2008-03-27 | Bell Helicopter Textron Inc. | Automatic heading control system for tiltrotor aircraft and helicopters |
US20110071710A1 (en) * | 2009-09-23 | 2011-03-24 | Airbus Operations (Sas) | Method and device for detecting an erroneous speed generated by an air data inertial reference system |
US20110190964A1 (en) * | 2010-01-29 | 2011-08-04 | Eurocopter | Turning-stabilized estimation of the attitude angles of an aircraft |
US20120232718A1 (en) * | 2011-03-08 | 2012-09-13 | Parrot | Method of piloting a multiple rotor rotary-wing drone to follow a curvilinear turn |
CN102671390A (zh) * | 2011-03-08 | 2012-09-19 | 鹦鹉股份有限公司 | 驾驶多转子旋翼遥控飞机沿曲线转弯的方法 |
US20130090788A1 (en) * | 2011-03-29 | 2013-04-11 | Bell Helicopter Textron Inc. | Flight control laws for full envelope banked turns |
US20130204470A1 (en) * | 2012-01-23 | 2013-08-08 | Airbus Operations Gmbh | Method for planning a landing approach of an aircraft, computer program product, medium with a landing approach plan stored thereon, as well as device for planning a landing approach |
DE102012202698A1 (de) * | 2012-02-22 | 2013-08-22 | Syntern Gmbh | Fluggerät |
US20150197335A1 (en) * | 2012-09-23 | 2015-07-16 | Israel Aerospace Industries Ltd. | System, a method and a computer program product for maneuvering of an air vehicle |
US20160266582A1 (en) * | 2015-03-12 | 2016-09-15 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Aircraft Guidance Based on Partial Differential Equation for Miss Distance |
US20170160749A1 (en) * | 2015-12-08 | 2017-06-08 | Airbus Helicopters | Method and a device for piloting an aircraft |
US20170369181A1 (en) * | 2016-06-28 | 2017-12-28 | Airbus Helicopters | Detecting that a rotorcraft is approaching a vortex domain, and signaling that detection |
CN106697263A (zh) * | 2016-12-28 | 2017-05-24 | 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 | 一种滚转副翼反效控制方法 |
CN106648673A (zh) * | 2016-12-28 | 2017-05-10 | 南京航空航天大学 | 一种连续下降运行程序的分析和设计方法 |
AU2017390611A1 (en) * | 2017-01-05 | 2019-07-25 | Bae Systems Information And Electronic Systems Integration, Inc. | Determination of guided-munition roll orientation |
US20180244369A1 (en) * | 2017-02-27 | 2018-08-30 | Bell Helicopter Textron Inc. | Rotorcraft Fly-by-Wire Standard Rate Turn |
CN108502153A (zh) * | 2017-02-27 | 2018-09-07 | 贝尔直升机德事隆公司 | Fbw飞行控制系统、方法及旋翼飞行器 |
US20180356439A1 (en) * | 2017-06-12 | 2018-12-13 | The Boeing Company | System for estimating airspeed of an aircraft based on a drag model |
CN109018421A (zh) * | 2017-06-12 | 2018-12-18 | 波音公司 | 基于阻力模型估计飞行器空速的系统 |
CN107688689A (zh) * | 2017-07-27 | 2018-02-13 | 南京航空航天大学 | 一种基于分层加权的飞行程序噪声评估方法 |
CN110320924A (zh) * | 2018-03-29 | 2019-10-11 | 贝尔直升机德事隆公司 | 用于旋翼飞行器轮子承重飞行状态转换控制的系统和方法 |
Non-Patent Citations (9)
Title |
---|
"Aircraft operation-construction of visual and instrument flight procedures:Doc8168 OPS/611", vol. 6, 31 December 2014, MONTREAL:ICAO, pages: 46 - 50 * |
JIELIANG SHEN等: "Calculation and Identification of the Aerodynamic Parameters for Small-Scaled Fixed-Wing UAVs", SENSORS 18, vol. 18, no. 1, pages 4 - 8 * |
张梦樱等: "复杂约束条件下的再入轨迹迭代求解方法", 兵工学报, vol. 36, no. 6, pages 2 - 4 * |
张雅铭等: "直升机基本原理", vol. 1, 30 November 2012, 郑州:河南科学技术出版社, pages: 243 - 245 * |
杨皓云等: "高超声速飞行器侧向机动性能研究", 科学技术与工程, vol. 13, no. 30, 28 October 2013 (2013-10-28), pages 284 - 288 * |
杨皓云等: "高超声速飞行器侧向机动性能研究", 科学技术与工程, vol. 13, no. 30, pages 2 - 3 * |
沈敏等: "基于VB的飞行程序基本参数自动计算算法实现", 中国民航飞行学院学报, vol. 27, no. 4, pages 64 - 67 * |
邹勇: "飞机协调转弯方向舵面偏转较大的控制律优化", 中国高新技术企业, no. 24, 24 August 2016 (2016-08-24), pages 37 - 38 * |
郝勇等: "民用飞机与航空运输管理概论", vol. 1, 31 July 2011, 北京:国防工业出版社, pages: 129 - 130 * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115017747A (zh) * | 2022-08-09 | 2022-09-06 | 安胜(天津)飞行模拟系统有限公司 | 一种eVTOL飞机的多倍速仿真重定位运行方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20210294354A1 (en) | 2021-09-23 |
CN113492971B (zh) | 2024-04-30 |
DE102020107456A1 (de) | 2021-09-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11016506B2 (en) | Propulsor trim prediction for aircraft | |
CN107065901B (zh) | 一种旋翼无人机姿态控制方法、装置及无人机 | |
EP1782319B1 (en) | Systems and methods for controlling dynamic systems | |
US9199723B2 (en) | Aircraft control system, aircraft, aircraft control program, and method for controlling aircraft | |
US6431494B1 (en) | Flight control system for a hybrid aircraft in the roll axis | |
US5001646A (en) | Automated helicopter flight control system | |
US20150370256A1 (en) | Ground vehicle-like control for remote control aircraft | |
CN107065899B (zh) | 用于保护飞行器最大升力能力的方法和装置 | |
US20210107626A1 (en) | Method of controlling an actuator system and aircraft using same | |
EP2937758B1 (en) | Control of deceleration profile | |
WO2012134460A1 (en) | Flight control laws for constant vector flat turns | |
CN111045440B (zh) | 一种高超声速飞行器俯冲段快速滚转控制方法 | |
Ostermann et al. | Control concept of a tiltwing uav during low speed manoeuvring | |
EP3561631B1 (en) | Pitch and thrust control for compound aircraft | |
CN111352437A (zh) | 用于飞行器的纵向控制的方法和系统 | |
CN113492971B (zh) | 飞行装置及其控制方法和控制装置 | |
CN111897219A (zh) | 基于在线逼近器的倾转四旋翼无人机过渡飞行模式最优鲁棒控制方法 | |
Angelov et al. | A novel command concept for simplified vehicle operations of onboard piloted VTOL transition aircraft | |
US11130562B2 (en) | Reducing gust loads acting on an aircraft | |
Canciello et al. | Attitude and velocity high-gain control of a tilt-trirotor UAV | |
Onuora et al. | Unmanned aerial vehicle pitch optimization for fast response of elevator control system | |
Silva et al. | Control validation with software-in-the-loop for a fixed-wing vertical takeoff and landing unmanned aerial vehicle with multiple flight stages | |
Karssies et al. | XINCA: Extended Incremental Non-linear Control Allocation on a Quadplane | |
Karssies et al. | XINCA: Extended Incremental Non-linear Control Allocation on the TU Delft Quadplane | |
Riboldi et al. | Thrust-Based Flight Stabilization and Guidance for Autonomous Airships |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant |