基于某新型無人直升機(jī)帶保護(hù)架試飛的分析

張鄭源+占貞強(qiáng)+劉明锜

摘 要 帶保護(hù)架試飛是無人直升機(jī)試驗試飛整個流程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，帶保護(hù)架試飛結(jié)果的好壞直接反應(yīng)無人直升機(jī)的性能。本文在某新型無人直升機(jī)完成帶保護(hù)架試飛試驗后，運用ORIGIN軟件和MATLAB軟件對試飛數(shù)據(jù)進(jìn)行了詳細(xì)分析與研究，得出了某新型無人直升機(jī)帶保護(hù)架試飛的結(jié)論，即該新型無人直升機(jī)各系統(tǒng)狀態(tài)良好，各傳感器工作正常，控制效果滿足技術(shù)指標(biāo)要求，可進(jìn)行后續(xù)的試驗試飛工作。

關(guān)鍵詞 帶保護(hù)架試飛；無人直升機(jī)；試飛數(shù)據(jù)

中圖分類號 V2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）12-0034-02

1 概述

某新型無人直升機(jī)采用單旋翼帶尾槳式布局，機(jī)身主骨架為整體焊接空間桁架結(jié)構(gòu)，滑橇式起落架，旋翼系統(tǒng)采用蹺蹺板構(gòu)型，配備1臺四沖程活塞式汽油發(fā)動機(jī)[1]，最大起飛重量460kg。航電及任務(wù)系統(tǒng)由全靜壓系統(tǒng)、大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)、無線電高度表，及任務(wù)設(shè)備：航管應(yīng)答機(jī)、光電偵查設(shè)備組成。飛控系統(tǒng)采用自動控制、手動控制和混合控制三種飛控模式[2]。遙控遙測系統(tǒng)將指令發(fā)送給機(jī)載收發(fā)機(jī)，并從中接收數(shù)據(jù)，機(jī)載收發(fā)機(jī)將指令通過串口轉(zhuǎn)發(fā)給飛控計算機(jī)。該型無人直升機(jī)在設(shè)計時具有一定的抗風(fēng)、抗中雨和防塵防沙能力。搭載不同任務(wù)設(shè)備，該型無人直升機(jī)能在適宜飛行的晝夜氣象條件下執(zhí)行如下任務(wù)：偵察監(jiān)視，目標(biāo)搜索、跟蹤、識別，目標(biāo)指示，毀傷評估，通信中繼，雷場探測，海事監(jiān)控，搜索救援，核輻射偵查，警務(wù)執(zhí)法，農(nóng)林作業(yè)，大氣監(jiān)測，森林防火，電力巡線等。典型任務(wù)剖面見圖1。

該新型無人直升機(jī)先期已完成地面試驗，各系統(tǒng)地面試驗過程中工作正常，地面試驗取得良好效果，下一步進(jìn)行飛行試驗。為保證試飛安全，降低無人直升機(jī)試飛時的風(fēng)險系數(shù)，在試飛前必須對該無人直升機(jī)進(jìn)行安裝保護(hù)架，增大飛機(jī)著陸時接觸地面的范圍，避免試飛時尾槳葉觸地（尤其是起飛和著陸時尾槳葉容易觸地），以及避免主槳葉在機(jī)體進(jìn)行俯仰和橫滾動作時觸地。進(jìn)行帶保護(hù)架試飛試驗有以下試驗?zāi)康模?）檢查該新型無人直升機(jī)各系統(tǒng)在飛行時的工作情況，并考核各個系統(tǒng)的工作能力及狀態(tài)，特別是發(fā)動機(jī)系統(tǒng)和飛控系統(tǒng)的功能和狀態(tài)，使全機(jī)達(dá)到可以進(jìn)行去保護(hù)架試飛的技術(shù)狀態(tài)；2）進(jìn)一步考核及調(diào)整該新型無人直升機(jī)發(fā)動機(jī)參數(shù)和飛行控制律參數(shù)；3）使飛行操作員掌握該新型無人直升機(jī)的飛行特性。

2 保護(hù)架安裝方案

保護(hù)架必須能夠在無人直升機(jī)試飛時保護(hù)機(jī)體，避免尾槳葉和主槳葉觸地。保護(hù)架主要由防護(hù)鋁管、接頭組成。選用4根鋁管，在左起落架安裝1根鋁管，在右起落架安裝1根鋁管，在前部起落架安裝1根鋁管，在后部起落架安裝1根鋁管，保護(hù)架通過接頭安裝至起落架上。該型無人直升機(jī)起落架選用了輕型直升機(jī)上較為通用的滑橇式，滑橇式起落架具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕，便于在雪地、草地和沙漠地帶起落的優(yōu)點。相對輪式起落架阻力可減小約40%以上，且滑橇式易于通過整流而進(jìn)一步減小阻力。缺點是不能滑跑和不便于地面移動，需專設(shè)地面移動輪。

3 試飛內(nèi)容與數(shù)據(jù)分析結(jié)果

由于該無人直升機(jī)之前雖然已經(jīng)經(jīng)過長時間的地面試驗，但飛行時全機(jī)各系統(tǒng)的飛行特性、飛行可靠性和穩(wěn)定性均無實際飛行經(jīng)驗，為了降低飛行試驗風(fēng)險，采取的試飛科目是帶保護(hù)架的人工操作無人直升機(jī)近地懸停。

1）試驗情況：無人直升機(jī)按正常流程地面開車至額定狀態(tài)，無人直升機(jī)接入姿態(tài)保持、航向保持和位置保持功能，人工操作無人直升機(jī)起飛，在10m以內(nèi)的高度進(jìn)行近地懸停試飛，之后人工操作無人直升機(jī)著陸。無人直升機(jī)初始GPS高度為44m，初始航向為215.6°。

2）試驗要求：無人直升機(jī)姿態(tài)（俯仰和橫滾）、航向平穩(wěn)，且位置可控，無人直升機(jī)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速控制精度在±150r/min以內(nèi)（發(fā)動機(jī)額定工作轉(zhuǎn)速為5 500r/min）。

3）試驗結(jié)果與數(shù)據(jù)分析：截取發(fā)動機(jī)開車時間為380s～500s區(qū)間的飛行數(shù)據(jù)，運用ORIGIN軟件和MATLAB軟件進(jìn)行分析，分析結(jié)果如下（試驗數(shù)據(jù)曲線如圖2～圖9所示）。人工懸停時，無人直升機(jī)總距保持范圍：7.3°～8.3°，風(fēng)門保持范圍：49.5%～68.3%，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速保持在：5 455r/min～5 582r/min，GPS高度保持范圍：46.4m～48.2m（初始GPS高度為44m）；航向保持范圍：212.8°～218.4°，航向保持精度為：±2.8°；滾轉(zhuǎn)角保持范圍：-3.9°～-0.5°，滾轉(zhuǎn)角保持精度為：±1.7°，橫向位置保持范圍：-1.5m～3m；俯仰角保持范圍：-2.1°～1.3°，俯仰角保持精度為：±1.7°，縱向位置保持范圍：0～1.8m；缸頭1溫度最高104.9℃，缸頭2溫度最高102.9℃；排1溫度最高802.4℃，排2溫度最高793.3℃，排3溫度最高883.5℃，排4溫度最高906.1℃；滑油溫度最高97.1℃：滑油壓力變化范圍4.4bar～5.05bar；主減速器滑油溫度最高44.1℃；燃油壓力變化范圍0.596bar～0.623bar。

4）試驗結(jié)論：該新型無人直升機(jī)帶保護(hù)架人工近地懸停時，姿態(tài)（俯仰和橫滾）、航向平穩(wěn)，位置可控，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速控制精度：-45r/min～82r/min，符合試驗要求（±150r/min以內(nèi)）。

4 結(jié)論

通過某新型無人直升機(jī)帶保護(hù)架試飛的驗證，發(fā)現(xiàn)該新型無人直升機(jī)飛控系統(tǒng)控制該新型無人直升機(jī)姿態(tài)保持、位置保持和航向保持等精度較高，飛行控制效果滿足技術(shù)指標(biāo)要求；同時，發(fā)動機(jī)工作狀態(tài)正常，轉(zhuǎn)速控制穩(wěn)定，發(fā)動機(jī)缸頭溫度，排氣溫度，滑油溫度正常。飛行操作員操縱該新型無人直升機(jī)感覺該無人直升機(jī)操縱性較好。同時，該新型無人直升機(jī)其他各系統(tǒng)狀態(tài)良好，傳感器工作正常。因此，可拆開保護(hù)架，開展后續(xù)的試驗試飛工作。

參考文獻(xiàn)

[1]張呈林，郭才根.直升機(jī)總體技術(shù)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2006.

[2]楊一棟.直升機(jī)飛行控制[M].北京：國防工業(yè)出版社，2007.

[3]孫之釗.直升機(jī)強(qiáng)度[M].南京：南京航空航天大學(xué)出版社，2011.