周磊 袁恒博 喬博

摘 要：直升機作為20世紀航空技術極具特色的創造之一，在軍事作戰、物資運輸、搶險救災等諸多領域得到了應用，發揮著其他飛行器不可比擬的優勢。伴隨著相關技術的發展，直升機飛行控制技術的部分研究也取得了一定的成果。本文就直升機飛行控制技術進行簡要綜述，以供參考。

關鍵詞：直升機 飛行控制技術 發展 控制方法

直升機飛行控制系統是一個較為復雜的系統，對直升機的穩定飛行具有十分重要的意義。在直升機飛行控制技術的研究中，先進的控制理論與控制方法，是提高直升機飛行控制系統的控制性能的關鍵所在。基于此，國內外的相關工作者們開展了大量與直升機飛行控制技術的研究。作為直升機發展的重要條件之一，直升機飛行控制技術研究受到了諸多領域的重視。本文在分析直升機飛行控制特點的基礎之上，對直升機飛行控制技術的現狀以及應用中存在的問題進行綜述。

1、 直升機飛行控制特點

直升機具有可任意方向飛行、可懸停、可定點監視或者做360°回轉等優勢，在飛行安全性、起飛著陸的場地要求、外形尺寸等諸多方面有著其他飛行器所不能比擬的優勢。作為一個多變量、非線性、時變的、強耦合的高階系統，其控制難度相對較大，具體體現在對象特征差異顯著、飛行模態數量多、模型階次高、非線性特性強、建模難度大、高階動力學特性對操縱品質影響較大等。

在直升機的航向、橫向以及縱向運動中，可產生較強的耦合性，具體表現在旋翼旋轉產生偏航力矩：橫滾機動時，槳葉揮舞并引起俯仰力矩，俯仰機動引起橫滾力矩，前飛速度變化時，尾槳拉力變化引起偏航力矩。基于直升機的這一顯著耦合特性，在進行直升機飛行控制系統的設計時，必須充分考慮小速度飛行、懸停以及前飛等狀態下的魯棒性以及解耦性。

直升機模型包括剛體動力學模型、尾槳動力學模型、旋翼動力學模型、垂直尾翼等，上述模型共同構成了直升機對象特性。在具體表現時，若選擇數學方式，則所需要的數學模型可高達27階以上，增加了分析的難度。在此基礎上，與傳感器以及發動機等特性進行綜合，更增加了直升機飛行動力學數學模型的建立難度。考慮到這一因素，在控制系統的設計中，必須關注模型弱相關性，以降低分析、建模的難度。此外，從系統的角度來看，直升機的數學模型以及執行機構具有非線性特性，當施加機動操縱量時，將可激發出較強的非線性響應。加之直升機通道之間的固有耦合，將可對其他通道的響應造成影響。因此，在飛行控制系統的設計中，還需克服閉環系統產生的非線性問題。

理論研究證實，高階動力學特性對飛行操縱的品質有著十分重要的意義，在飛行控制系統的設計過程中，如果忽略了直升機模型中的高階環節，將可直接影響到所設計的控制系統的質量，進而影響其性能技術指標。鑒于此，直升機控制系統的開發與設計還需要關注模型的高階環節，以提高飛行操縱品質。

2、直升機飛行控制技術的現狀與趨勢

近20余年，隨著現代戰爭規模與復雜程度的提升，現代軍用直升機飛行品質以及任務效能也面臨新的要求。為滿足直升機飛行控制的一系列性能要求，先進的數字式飛行控制系統以及發動機控制系統等被應用于直升機的飛行控制之中。飛行控制系統的改進與完善，直接對直升機飛行品質、提高直升機任務效能等方面起著至關重要的作用。

就當前直升機飛行控制技術的發展來看，出現了許多備受關注的新技術，如傳感器合成技術、自主貼地與自主起降飛行控制技術、群飛與協同作戰技術、故障診斷與容錯控制技術、航空電子綜合控制技術、多功能綜合顯示技術等。與此同時，直升機的飛行控制系統也從傳統的模擬式增穩裝置、自動駕駛儀發展到今天的多余度數字式電傳/光傳操縱系統，并與火力控制以及發動機等系統共同構成了一個有機的整體，實現了一體化控制與管理。直升機飛控系統的這一改變，極大的改善了現代直升機的飛行品質以及戰場生存性，而先進的電傳/光傳飛行控制技術，則成為了現代直升機綜合控制的重要紐帶。

西方國家對直升機先進飛行控制系統的研究可追溯到上世紀六、七十年代，當時的西方各國即對電傳/光傳飛行控制技術的研究與發展給予了高度重視。以美國為例，先后進行了“TAGS”戰術飛機制導系統、“HLH”重型運輸直升機、“ADOCS”先進數字/光傳控制系統等項目研究計劃。國外的先進多余度數字式電傳操縱系統已趨于成熟，光傳飛行控制技術和主動控制技術的發展也取得了一定的成果。反觀國內，直升機飛行控制系統的研究雖然已經取得了較大的進展，但與西方發達國家相比，仍然存在一定的差距。在電傳飛行控制系統的發展中，火力/飛行/動力綜合控制技術、側桿控制技術、先進伺服作動器技術、光傳飛行控制技術以及直升機主動控制技術作為關鍵技術，將是未來直升機飛行控制研究的重要方向。

火力/飛行/動力的綜合控制，不僅能夠減輕駕駛員的飛行負擔，還能在改善直升機飛行性能、作戰效能、射擊精度等方面發揮重要作用。對于低空飛行的武裝直升機而言，火力/飛行/動力綜合控制技術直接關系到其作戰效能。因此，加大火力/飛行/動力綜合控制技術的研究力度，對飛控系統的發展有著重要意義。側桿控制方式與傳統的操縱形式相比，能夠更好的實現直升機的精確控制。但在后續的研究過程中，如何對側桿控制方式進行優化與推廣應用，將是一項較為重要的內容。靈巧伺服作動器（將伺服作動系統的作動器部分與控制器部分進行綜合）的研究和應用，是先進伺服作動器技術研究與發展的一個重要方向。通過作動器部分與控制器部分的綜合，組成一個內部即可實現回路閉合的作動器，在改善直升機控制性能、實現直升機的智能化發展等方面有著極為顯著的優勢。此外，光傳飛行控制技術是電傳飛行控制技術發展的一個質的飛躍，在彌補電傳飛行控制系統的不足的同時，在抵御電磁干擾、減輕傳輸線重量等方面有著重要意義。直升機主動控制技術的應用，則是新一代直升機飛行控制向智能化、綜合化發展的重要契機。

結 語

在直升機飛行控制研究中，控制技術的開發、創新，以及直升機飛行控制面臨的問題是相關工作者的研究重點。借助新的方法以及新的技術的引入，直升機飛行控制技術將得到不斷的改進與完善，進而為直升機的發展助力。

參考文獻

[1] 甄紅濤， 齊曉慧， 夏明旗， 等. 四旋翼無人直升機飛行控制技術綜述[J]. 飛行力學， 2012， 30（4）：295-299.

[2] 楊虎. 直升機飛行控制技術發展綜述[J]. 電子技術與軟件工程， 2015（14）：162-162.