淺談直升機飛行控制技術

朱海文　劉希男　翟成虎

摘 要：由于直升機在軍事和民用方面都具有廣闊的應用前景，得到了越來越多國家的重視與應用。直升機飛行控制系統是直升機上的一個重要系統，近些年來，隨著科學技術的不斷進步，直升機飛行控制技術也得到了很好的發展。本文以我國直升機飛行控制技術的發展現狀為出發點，并結合當前直升機飛行控制技術的發展趨勢，對直升機飛行控制技術及其存在的問題展開討論，以供參考。

關鍵詞：直升機;飛行控制 ;現狀;

直升機作為一種特殊的飛行器，具有普通飛機無法具備和比擬的飛行特點和優勢，在飛行時既可在空中懸停，可也垂直升降，對升降場地要求不高。具有良好的低速和超低空飛行特性，可前飛、后飛、左右飛行，機動靈活。因此在很多特殊場合得以應用。但是直升機也存在很多不足，例如飛行速速慢、耗油高、穩定性差以及操縱困難等等，因此，對直升機的飛行控制技術進行研究就顯得極為重要。

1 直升機飛行控制技術的發展現狀

在我國，直升機飛行控制系統大多為機械操縱系統、模擬式或數字式的有限權限的自動飛行控制系統，其技術水平與國外相比存在很大差距。在國外，其直升機飛行系統幾乎都采用先進的多余度數字式電 / 光傳飛行控制系統，而且正在向提高系統工作的生存性和可靠性，以及減輕駕駛員工作負擔方向發展，甚至走向無人駕駛的直升機飛行技術控制的道路。并且距國內固定翼飛機飛行控制系統的發展水平也有較大的差距。

在先進技術研究方面，開展了直升機電傳飛行控制設計技術的研究，包括電傳飛行控制系統總體技術、非線性飛行動力學建模、多模態和軸間解耦飛行控制律設計方法、余度管理技術、電傳系統的地面模擬試驗等。

2 我國直升機飛行控制技術的發展趨勢

早在二十世紀五六十年代，就有學者提出，采用自適應控制直升機模型多邊形的穩定性理論。從理論上來講，直升機的狀態識別系統，以及任務剪裁系統，是由直升機對速度，方向以及高度的機動性越來越高的要求來決定的，還能夠使直升機根據飛行控制響應類型，進行自動模態轉換，以及對參數進行自動優化、自動選擇飛行控制律。但是，直升機飛行技術控制面臨著工作環境，工作參數以及建模的困難。最近幾年，自適應控制在直升機的飛行控制中，因為得到先進的計算機技術以及控制技術，還有穩定性理論的幫助，在飛行控制設計中取得較好的成績。簡單的說，自適應控制，即是能夠繞過建模過程，能夠根據輸入輸出數據設計控制器的自適應控制器的設計方法，能將控制的設計，直接轉換為參數辨識優化問題的方法。所以，在直升機的飛行控制設計中，很有必要引入自適應控制器設計方法。

國內直升機飛行控制系統的發展應重點突破電傳飛行控制系統的演示驗證及型號應用，并在此基礎上開展對火力/飛行/動力綜合控制技術，側桿控制技術，先進伺服作動器等技術的研究。

3 直升機飛行控制技術及其存在的問題

直升機飛行控制技術系統大致可分為飛行控制計算機、傳感器、伺候舵機、地面配電、地面測控五個組成部分。其中，飛行控制計算機是整個控制系統的中樞，承擔著系統數據收集、處理、分析的重要任務，以及飛行線路規劃、飛行過程管控等重要職責。伺候舵機作為控制系統的運行執行機構，在獲取控制計算機發出的指令后即采取相應的動作。從某種意義上來講，伺候舵機的性能決定著飛行系統的性能以及飛行狀況。傳感器與地面測控分別負責飛行參數的測量、運行狀況的測控，與直升機運行情況以及飛行安全之間有著極為密切的聯系。

在自主貼地飛行控制技術的研究中，飛行品質的研究、障礙探測測距技術、障礙回避系統開發、飛行控制系統控制律探究等均是需要解決的問題。以無人駕駛直升機為例，貼地飛行作為常規飛行動作，需要考慮地面建筑結構、樹木以及高壓電纜等對其飛行過程的影響，通過障礙探測測距技術等對障礙物進行探測，尤其是可影響到飛行航道的障礙物，進而借助障礙回避系統進行回避，是確保無人駕駛直升機安全、可靠飛行的重要途徑。實際研發過程中，如何確保地形跟蹤/地形回避引導系統、障礙探測測距技術以及障礙回避系統等相關環節的密切協作，穩定運行，將是一項較為重要的任務。

在直升機起飛與降落的過程中，受到地面效益的影響，直升機的氣動模型可發生較大的變化，甚至可出現與空中飛行時的氣動模型完全不同的情況。基于直升機起飛、降落的非線性特性表現，以及起飛、降落地點的地形條件等，在飛行控制系統的設計中，如何確保定點精度、下降速度等，將是自主起飛、降落控制系統研究的核心問題之一。

傳感器研究方面，得益于信息技術、計算機技術以及大數據、云計算等新興技術在直升機領域的廣泛應用，航空組合傳感器的研究也取得了一定的進展，相應的飛行控制方法也開始朝著高度綜合化的方向發展。借助先進的傳感器、通信識別/信號傳輸技術，將所獲取的飛行參數等數據傳回地面，并應用綜合顯示技術對相應的信息進行呈現，在直升機的綜合控制中有著十分重要的意義。

此外，作為飛行控制系統中的關鍵組成部分，故障診斷與容錯控制技術為直升機飛行系統的安全、可靠飛行提供了重要保障。通過故障的檢測與診斷，容錯控制等手段，能夠切實提高直升機的可維護性以及飛行可靠性。在該項技術的研究中，故障源的識別、故障的監測與預測以及故障的排除等功能將是需要重點考慮的問題。但大數據、人工智能等技術的出現，為故障源的識別等功能的實現提供了重要的思路。借助歷史數據所呈現出的問題或者規律，結合相應的預測、預警策略等，開發故障診斷與容錯控制系統，將為直升機的穩定飛行提供重要保障。

4 結語

直升機是一個非常復雜的系統，因其獨特的飛行特點和優勢在我國的各個領域得到廣泛應用，據此，對直升機飛行控制技術的研究應極為關注，通過引進新的方法和技術，來提高和改善直升機飛行控制技術，從而為我國的直升機飛行控制增加一股新的活力。

參考文獻：

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