基于Simulink模型的無人直升機飛行品質評價方法

中圖分類號：V249.1 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2025）24-0024-05

Abstract：Helicopterflyingqualitymainlyreferstothecontrollbiltyandstabilityofhelicopters，andplaysaveryimportant roleinregulationandguidanceindesignanddevelopment.Comparedwiththeprosperityanddevelopmentofunmanned helicopters，thedevelopmentofflyingqualityspecificationsforunmanedhelicoptersisslow，andthecorespondingflyingquality analysismethodsarestillnotperfect.Takingasingle-rotorunmannedhelicopterwithtailrotorasanexample，adynamicmodel fromcontrolinputtoflightstateoutputisestablished，andafightcontrolsystemmodelisaddedtobuildaflyingquality analysismodelofanunmannedhelicopterbasedonSimulinkplatfom.Onthisbasis，thecalculationandevaluationmethodof itsflyingquaityarestudied.Atthesametime，takinga1-tonunmannedhelicopterasanexample，itscontrolabilityand stabilityarecalculated.TheflyingqualitylevelofasamplehelicopterisgivenaccordingtoQAVIC50032-2O18\"FlyingQuality ofUnmanned Helicopters\" specification.

Keywords： unmanned helicopter; flight control system;flying quality； controllability； stability

直升機由于具備垂直起降、自動懸停等功能，被廣泛應用于農林噴灑、森林滅火及醫療救援等領域。但相比于固定翼飛機，直升機的氣動特性更為復雜，各通道的耦合也更為嚴重。因此是否穩定可控和飛行品質的優劣是判斷直升機性能好壞，以及是否能承擔其使用任務的重要判斷條件。

對于無人直升機，由于沒有駕駛員的操控，一旦飛行過程中遇到意外情況，很容易導致機體受損甚至墜毀。因此無人直升機的飛行品質的優劣顯得尤為重要，如果穩定性過差，飛行姿態將處于不斷振蕩的過程中，若是操縱性過差，又不能很好地執行操縱指令。由于國內無人直升機發展較晚，飛行品質的相關研究相對于有人直升機不是很成熟，因此如何在設計階段預估無人直升機的飛行品質并使用飛行控制系統對較差的指標進行改善顯得尤為重要。

1無人直升機飛行動力學建模

在有人直升機飛行動力學理論基礎上，建立相對準確的無人直升機飛行動力學模型是研究其操穩特性及飛行品質的先決條件。本文針對常規的單旋翼帶尾槳的無人直升機建立其飛行動力學方程

1.1 機體坐標系

以直升機全機重心為原點 o 。縱軸OX平行于機身縱向對稱面，指向航向前為正。豎軸OY平行于旋翼的構造旋轉軸，指向上方為正。橫軸OZ垂直于OXY平面，指向右為正。如圖1所示。

1.2全量運動方程

假定直升機是理想剛體，則直升機僅包含6個自由度，即沿 OX，OY，OZ 三軸的線速度和繞 OX，OY，OZ 三軸的角速度。……