直升機操縱輸入短周期響應試飛方法

摘 要：直升機對操縱輸入的短周期響應是直升機飛行品質試飛中的重要內容，而總距操縱的航向軸間耦合和懸停高度響應特性則是直升機懸?？偩嗖倏v開環科目中的必要考核內容。在相關飛行品質規范中有明確的指標要求，然而有關該響應以及相關規范要求的背景卻鮮為人知。文章首先給出了該響應及相關規范要求的背景分析，然后以此為基礎，設計出一套基于背景分析的直升機操縱輸入短周期響應試飛方法并進行實際應用驗證。

關鍵詞：直升機；短周期響應；試飛方法

引言

直升機對操縱輸入的短周期響應是直升機飛行品質試飛中的重要內容，而總距操縱的航向軸間耦合和懸停高度響應特性則是直升機懸?？偩嗖倏v開環科目中的必要考核內容。美軍標ADS-33E中針對該內容也有明確的指標條款。因此，在新機的設計定型試飛中，直升機操縱輸入短周期響應是必須通過真實試飛進行驗證的科目。值得一提的是，國內經過幾十年的直升機試飛技術發展，雖然已經擁有了較為成熟的直升機操縱輸入短周期響應試飛方法，但受限于對規范條款和試飛方法的來源及背景知之甚少等諸多因素，仍停留在通過試飛回答指標的層面上。而在研究國外相關資料的過程中我們也發現，美國、英國等航空發達國家在進行直升機操縱輸入短周期響應等飛行品質開環試飛科目試飛時，首先會根據試驗機型的任務角色去選定相應的作戰任務剖面，然后根據這些任務剖面的任務內容去設計相應的開環科目的試飛方法，這樣不僅可以獲得戰術指標評定，還可以根據試飛數據和試飛員評述獲得完成相關使用任務的駕駛員工作負荷評估、性能指標評估和人機功效評定；不僅可以將前期試飛服務于后續使用試飛，還有可能提前暴露新機的設計缺陷，從而縮短新機裝備部隊并形成戰斗力的周期。

也就是說，在當前的直升機試飛技術條件下，要想在調整試飛和定型試飛階段獲得除指標評定外的其它相關信息，使試飛架次得到最大程度的利用，通過常規試飛科目獲得指標評定以外的其他有用信息，以適應不斷發展的直升機試飛技術需求，就必須對傳統試飛方法進行改進。而要做到這一點，正如前文所述，熟悉相關科目的規范背景是關鍵，也是前提。

文章將以直升機操縱輸入短周期響應為例，對該科目對應的規范條款進行深入分析，并以此為依托，進行技術改進和方法設計。設計出一套基于規范背景的背景分析的直升機操縱輸入短周期響應試飛方法并進行實際應用驗證。

1 規范條款及背景分析

1.1 規范要求

美軍標ADS-33E中第3.3.2.1條對座艙操縱輸入引起的姿態響應作了明確要求，具體內容概括如下：

由座艙操縱位移輸入引起的姿態響應應滿足圖1中規定的限制要求。其中帶寬（BW）和相位延遲（P）參數應按照圖2所示的方法得到。

1.2 背景分析

該規范條款通過帶寬和相位延遲兩個指標，規定了可能導致PIO的座艙操縱輸入頻率，在此之前采用過將座艙操縱輸入短周期響應看成一階系統，采用階躍輸入所得響應，通過操縱導數和滾轉阻尼為指標的規范條款（如圖3所示），規定短周期響應的等級，但是由于兩點原因，最終ADS-33采用了現在的規范條款，這兩點原因分別為：

（1）直升機的座艙操縱輸入短周期響應為高階系統，一階系統很難完全反映其特點。

（2）飛行員在執行任務時的小幅座艙操縱輸入大部分都不是小幅階躍輸入。

直升機執行任務時，可能出現小幅高頻座艙操作輸入的閉環任務有懸停，懸停索降，吊掛飛行，目標捕獲等，在執行這些任務時飛行員的動作為有周期的小幅座艙操縱輸入，因此該條規范更接近使用任務。

2 基于規范背景的操縱輸入短周期響應試飛方法設計

在進行操縱輸入短周期響應試飛時，以往慣用的方法是：直升機在給定近地面高度穩定懸停并保持20s，進行相關通道人工頻率掃描操縱輸入，其它通道操縱固持，輸入后保持座艙操縱輸入固持10s；最終通過數據處理給出指標計算結果。

根據上述背景分析，我們設計新的試飛方法如下：

（1）直升機在給定近地面高度穩定懸停并保持20s，按圖5所示進行相關通道人工頻率掃描操縱輸入，其它通道操縱固持，輸入后保持座艙操縱輸入固持10s。

（2）直升機在給定近地面高度穩定懸停并保持20s，按圖5所示進行相關通道人工頻率掃描操縱輸入，若有其他通道的耦合響應可進行相應修正，輸入后保持座艙操縱輸入固持10s。

此外，還要重點關注兩個問題：一是掃頻過程中對于姿態角和航向角的控制（座艙視野）；二是掃頻過程中直升機是否會相對于懸停點漂移；三是掃頻過程中對于其他通道的耦合是否需要干預及干預過程的工作負荷。

采用新方法得到的試飛結果圖如圖4和圖5所示。

圖4為指標計算結果，由圖4可知帶寬和相位延遲滿足等級1的要求。

但是由圖5可以看出：在腳蹬掃頻的中高頻段，橫桿需要進行小幅的周期補償，補償頻率隨腳蹬掃頻的頻率增加而增加。此外飛行員反應，在進行該架次的掃頻試驗時，存在相對懸停點的漂移現象。因此，預估在執行懸停索降任務的過程中，可能會由于飛行員工作負荷增加而產生相對于懸停位置的漂移，導致任務失敗。建議在執行懸停索降任務時，采用懸停保持功能，以提高任務成功率。

3 結束語

上述樣例直升機上的實際驗證表明，文章所用的技術方法是可行的，運用此方法進行實際試飛，不僅可以回答研制總要求的相關指標，還可以獲得一些與使用任務相關的信息。但是，值得強調的是，直升機在實際執行任務時，所遭遇的情況更為復雜，且難以預測，此種方法只能暴露部分缺陷，提供部分有效建議，后續試飛過程中可能還會出現其他需要改進的問題或缺陷，這也是一個有待繼續深入探索的問題。

參考文獻

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