● 摘要
飞翼布局是未来高性能无人机的理想布局形式之一。良好的飞行品质是飞翼布局无人机飞行安全和高质量完成飞行任务的前提。 对飞翼布局无人机本体的操稳特性进行了分析。由于没有平尾和垂尾,飞翼布局无人机的俯仰阻尼较常规布局飞机小,呈航向弱静不稳定,偏航阻尼较小,且横向静稳定度较常规布局飞机小。由于呈航向弱静不稳定,飞翼布局无人机在侧滑配平和协调转弯时所需的偏航操纵力矩较小。 建立了包括无人机本体运动模型、飞行控制律、通信数据链、地面控制站等在内的无人机系统的数学模型。并采用控制增稳方法针对算例飞翼布局无人机设计了飞行控制律。通过飞行控制系统的调节作用,本体稳定特性较差的飞翼布局无人机平台可具有良好的动稳定特性。 在现有有人驾驶飞机飞行品质标准的基础上,根据无人机的地面飞行员不能直接感受到无人机的过载等状态信息,而只能根据通信数据链下传的无人机飞行状态信息来感受其姿态响应等信息这一特点,建立了遥控模式下无人机系统的飞行品质评定方法。 对算例飞翼布局无人机系统的飞行品质进行了评定及分析,揭示了飞翼布局无人机系统的飞行品质特点,对无人机系统的设计和使用提出了建议。无人机系统的动稳定性取决于无人机平台,受通信数据链的影响较小。通信数据链时延增大,会使无人机系统的时间延迟增大,人机闭环响应的快速性下降,可能导致无人机的飞行品质发生降级,并会增强无人机系统的驾驶员诱发振荡(PIO)趋势。建议在飞翼布局无人机系统的设计过程中,尽可能降低通信数据链等模块的延迟时间,以降低无人机系统的延迟时间;并尽可能避免无人机在遥控模式下执行快速机动飞行任务,以避免发生PIO现象。 在现有有人驾驶飞机飞行品质标准的基础上,建立了舵面故障情形下,无人机系统的飞行品质评定方法,得出了舵面故障情形下无人机系统飞行品质的特点,并针对其它系统或部件故障情形下的无人机系统飞行品质评定提出了建议。舵面故障之后,在操纵效能足够的情形下,如果对飞行控制律进行重构,无人机系统仍可具有较好的飞行品质;否则,无人机系统的飞行品质将变差。 本文较系统地开展了飞翼布局无人机系统飞行品质评定研究,研究成果对于在飞翼布局无人机系统的设计过程中开展飞行品质评定工作,指导飞翼布局无人机系统的设计、定型试飞等工作具有重要的意义;并可为无人机系统的使用及飞行品质标准制定提供参考。
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