淺談直升機(jī)飛行控制技術(shù)

朱海文　劉希男　翟成虎

摘 要：由于直升機(jī)在軍事和民用方面都具有廣闊的應(yīng)用前景，得到了越來越多國家的重視與應(yīng)用。直升機(jī)飛行控制系統(tǒng)是直升機(jī)上的一個(gè)重要系統(tǒng)，近些年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，直升機(jī)飛行控制技術(shù)也得到了很好的發(fā)展。本文以我國直升機(jī)飛行控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀為出發(fā)點(diǎn)，并結(jié)合當(dāng)前直升機(jī)飛行控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)直升機(jī)飛行控制技術(shù)及其存在的問題展開討論，以供參考。

關(guān)鍵詞：直升機(jī);飛行控制 ;現(xiàn)狀;

直升機(jī)作為一種特殊的飛行器，具有普通飛機(jī)無法具備和比擬的飛行特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，在飛行時(shí)既可在空中懸停，可也垂直升降，對(duì)升降場(chǎng)地要求不高。具有良好的低速和超低空飛行特性，可前飛、后飛、左右飛行，機(jī)動(dòng)靈活。因此在很多特殊場(chǎng)合得以應(yīng)用。但是直升機(jī)也存在很多不足，例如飛行速速慢、耗油高、穩(wěn)定性差以及操縱困難等等，因此，對(duì)直升機(jī)的飛行控制技術(shù)進(jìn)行研究就顯得極為重要。

1 直升機(jī)飛行控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

在我國，直升機(jī)飛行控制系統(tǒng)大多為機(jī)械操縱系統(tǒng)、模擬式或數(shù)字式的有限權(quán)限的自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)，其技術(shù)水平與國外相比存在很大差距。在國外，其直升機(jī)飛行系統(tǒng)幾乎都采用先進(jìn)的多余度數(shù)字式電 / 光傳飛行控制系統(tǒng)，而且正在向提高系統(tǒng)工作的生存性和可靠性，以及減輕駕駛員工作負(fù)擔(dān)方向發(fā)展，甚至走向無人駕駛的直升機(jī)飛行技術(shù)控制的道路。并且距國內(nèi)固定翼飛機(jī)飛行控制系統(tǒng)的發(fā)展水平也有較大的差距。

在先進(jìn)技術(shù)研究方面，開展了直升機(jī)電傳飛行控制設(shè)計(jì)技術(shù)的研究，包括電傳飛行控制系統(tǒng)總體技術(shù)、非線性飛行動(dòng)力學(xué)建模、多模態(tài)和軸間解耦飛行控制律設(shè)計(jì)方法、余度管理技術(shù)、電傳系統(tǒng)的地面模擬試驗(yàn)等。

2 我國直升機(jī)飛行控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

早在二十世紀(jì)五六十年代，就有學(xué)者提出，采用自適應(yīng)控制直升機(jī)模型多邊形的穩(wěn)定性理論。從理論上來講，直升機(jī)的狀態(tài)識(shí)別系統(tǒng)，以及任務(wù)剪裁系統(tǒng)，是由直升機(jī)對(duì)速度，方向以及高度的機(jī)動(dòng)性越來越高的要求來決定的，還能夠使直升機(jī)根據(jù)飛行控制響應(yīng)類型，進(jìn)行自動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換，以及對(duì)參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)優(yōu)化、自動(dòng)選擇飛行控制律。但是，直升機(jī)飛行技術(shù)控制面臨著工作環(huán)境，工作參數(shù)以及建模的困難。最近幾年，自適應(yīng)控制在直升機(jī)的飛行控制中，因?yàn)榈玫较冗M(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)以及控制技術(shù)，還有穩(wěn)定性理論的幫助，在飛行控制設(shè)計(jì)中取得較好的成績。簡單的說，自適應(yīng)控制，即是能夠繞過建模過程，能夠根據(jù)輸入輸出數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)控制器的自適應(yīng)控制器的設(shè)計(jì)方法，能將控制的設(shè)計(jì)，直接轉(zhuǎn)換為參數(shù)辨識(shí)優(yōu)化問題的方法。所以，在直升機(jī)的飛行控制設(shè)計(jì)中，很有必要引入自適應(yīng)控制器設(shè)計(jì)方法。

國內(nèi)直升機(jī)飛行控制系統(tǒng)的發(fā)展應(yīng)重點(diǎn)突破電傳飛行控制系統(tǒng)的演示驗(yàn)證及型號(hào)應(yīng)用，并在此基礎(chǔ)上開展對(duì)火力/飛行/動(dòng)力綜合控制技術(shù)，側(cè)桿控制技術(shù)，先進(jìn)伺服作動(dòng)器等技術(shù)的研究。

3 直升機(jī)飛行控制技術(shù)及其存在的問題

直升機(jī)飛行控制技術(shù)系統(tǒng)大致可分為飛行控制計(jì)算機(jī)、傳感器、伺候舵機(jī)、地面配電、地面測(cè)控五個(gè)組成部分。其中，飛行控制計(jì)算機(jī)是整個(gè)控制系統(tǒng)的中樞，承擔(dān)著系統(tǒng)數(shù)據(jù)收集、處理、分析的重要任務(wù)，以及飛行線路規(guī)劃、飛行過程管控等重要職責(zé)。伺候舵機(jī)作為控制系統(tǒng)的運(yùn)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在獲取控制計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令后即采取相應(yīng)的動(dòng)作。從某種意義上來講，伺候舵機(jī)的性能決定著飛行系統(tǒng)的性能以及飛行狀況。傳感器與地面測(cè)控分別負(fù)責(zé)飛行參數(shù)的測(cè)量、運(yùn)行狀況的測(cè)控，與直升機(jī)運(yùn)行情況以及飛行安全之間有著極為密切的聯(lián)系。

在自主貼地飛行控制技術(shù)的研究中，飛行品質(zhì)的研究、障礙探測(cè)測(cè)距技術(shù)、障礙回避系統(tǒng)開發(fā)、飛行控制系統(tǒng)控制律探究等均是需要解決的問題。以無人駕駛直升機(jī)為例，貼地飛行作為常規(guī)飛行動(dòng)作，需要考慮地面建筑結(jié)構(gòu)、樹木以及高壓電纜等對(duì)其飛行過程的影響，通過障礙探測(cè)測(cè)距技術(shù)等對(duì)障礙物進(jìn)行探測(cè)，尤其是可影響到飛行航道的障礙物，進(jìn)而借助障礙回避系統(tǒng)進(jìn)行回避，是確保無人駕駛直升機(jī)安全、可靠飛行的重要途徑。實(shí)際研發(fā)過程中，如何確保地形跟蹤/地形回避引導(dǎo)系統(tǒng)、障礙探測(cè)測(cè)距技術(shù)以及障礙回避系統(tǒng)等相關(guān)環(huán)節(jié)的密切協(xié)作，穩(wěn)定運(yùn)行，將是一項(xiàng)較為重要的任務(wù)。

在直升機(jī)起飛與降落的過程中，受到地面效益的影響，直升機(jī)的氣動(dòng)模型可發(fā)生較大的變化，甚至可出現(xiàn)與空中飛行時(shí)的氣動(dòng)模型完全不同的情況?；谥鄙龣C(jī)起飛、降落的非線性特性表現(xiàn)，以及起飛、降落地點(diǎn)的地形條件等，在飛行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，如何確保定點(diǎn)精度、下降速度等，將是自主起飛、降落控制系統(tǒng)研究的核心問題之一。

傳感器研究方面，得益于信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新興技術(shù)在直升機(jī)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，航空組合傳感器的研究也取得了一定的進(jìn)展，相應(yīng)的飛行控制方法也開始朝著高度綜合化的方向發(fā)展。借助先進(jìn)的傳感器、通信識(shí)別/信號(hào)傳輸技術(shù)，將所獲取的飛行參數(shù)等數(shù)據(jù)傳回地面，并應(yīng)用綜合顯示技術(shù)對(duì)相應(yīng)的信息進(jìn)行呈現(xiàn)，在直升機(jī)的綜合控制中有著十分重要的意義。

此外，作為飛行控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成部分，故障診斷與容錯(cuò)控制技術(shù)為直升機(jī)飛行系統(tǒng)的安全、可靠飛行提供了重要保障。通過故障的檢測(cè)與診斷，容錯(cuò)控制等手段，能夠切實(shí)提高直升機(jī)的可維護(hù)性以及飛行可靠性。在該項(xiàng)技術(shù)的研究中，故障源的識(shí)別、故障的監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)以及故障的排除等功能將是需要重點(diǎn)考慮的問題。但大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的出現(xiàn)，為故障源的識(shí)別等功能的實(shí)現(xiàn)提供了重要的思路。借助歷史數(shù)據(jù)所呈現(xiàn)出的問題或者規(guī)律，結(jié)合相應(yīng)的預(yù)測(cè)、預(yù)警策略等，開發(fā)故障診斷與容錯(cuò)控制系統(tǒng)，將為直升機(jī)的穩(wěn)定飛行提供重要保障。

4 結(jié)語

直升機(jī)是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，因其獨(dú)特的飛行特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)在我國的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，據(jù)此，對(duì)直升機(jī)飛行控制技術(shù)的研究應(yīng)極為關(guān)注，通過引進(jìn)新的方法和技術(shù)，來提高和改善直升機(jī)飛行控制技術(shù)，從而為我國的直升機(jī)飛行控制增加一股新的活力。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊虎. 直升機(jī)飛行控制技術(shù)發(fā)展綜述[J]. 電子技術(shù)與軟件工程， 2015（14）：162-162.

[2]曾麗蘭 ， 王道波 ， 郭才根等 . 無人駕駛直升機(jī)飛行控制技術(shù)綜述 [J]. 控制與決策 ，2006，21（4）：361-366.