基于某新型無人直升機帶保護架試飛的分析

張鄭源+占貞強+劉明锜

摘 要 帶保護架試飛是無人直升機試驗試飛整個流程中的關鍵環(huán)節(jié)，帶保護架試飛結果的好壞直接反應無人直升機的性能。本文在某新型無人直升機完成帶保護架試飛試驗后，運用ORIGIN軟件和MATLAB軟件對試飛數(shù)據(jù)進行了詳細分析與研究，得出了某新型無人直升機帶保護架試飛的結論，即該新型無人直升機各系統(tǒng)狀態(tài)良好，各傳感器工作正常，控制效果滿足技術指標要求，可進行后續(xù)的試驗試飛工作。

關鍵詞 帶保護架試飛；無人直升機；試飛數(shù)據(jù)

中圖分類號 V2 文獻標識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）12-0034-02

1 概述

某新型無人直升機采用單旋翼帶尾槳式布局，機身主骨架為整體焊接空間桁架結構，滑橇式起落架，旋翼系統(tǒng)采用蹺蹺板構型，配備1臺四沖程活塞式汽油發(fā)動機[1]，最大起飛重量460kg。航電及任務系統(tǒng)由全靜壓系統(tǒng)、大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)、無線電高度表，及任務設備：航管應答機、光電偵查設備組成。飛控系統(tǒng)采用自動控制、手動控制和混合控制三種飛控模式[2]。遙控遙測系統(tǒng)將指令發(fā)送給機載收發(fā)機，并從中接收數(shù)據(jù)，機載收發(fā)機將指令通過串口轉發(fā)給飛控計算機。該型無人直升機在設計時具有一定的抗風、抗中雨和防塵防沙能力。搭載不同任務設備，該型無人直升機能在適宜飛行的晝夜氣象條件下執(zhí)行如下任務：偵察監(jiān)視，目標搜索、跟蹤、識別，目標指示，毀傷評估，通信中繼，雷場探測，海事監(jiān)控，搜索救援，核輻射偵查，警務執(zhí)法，農林作業(yè)，大氣監(jiān)測，森林防火，電力巡線等。典型任務剖面見圖1。

該新型無人直升機先期已完成地面試驗，各系統(tǒng)地面試驗過程中工作正常，地面試驗取得良好效果，下一步進行飛行試驗。為保證試飛安全，降低無人直升機試飛時的風險系數(shù)，在試飛前必須對該無人直升機進行安裝保護架，增大飛機著陸時接觸地面的范圍，避免試飛時尾槳葉觸地（尤其是起飛和著陸時尾槳葉容易觸地），以及避免主槳葉在機體進行俯仰和橫滾動作時觸地。進行帶保護架試飛試驗有以下試驗目的：1）檢查該新型無人直升機各系統(tǒng)在飛行時的工作情況，并考核各個系統(tǒng)的工作能力及狀態(tài)，特別是發(fā)動機系統(tǒng)和飛控系統(tǒng)的功能和狀態(tài)，使全機達到可以進行去保護架試飛的技術狀態(tài)；2）進一步考核及調整該新型無人直升機發(fā)動機參數(shù)和飛行控制律參數(shù)；3）使飛行操作員掌握該新型無人直升機的飛行特性。

2 保護架安裝方案

保護架必須能夠在無人直升機試飛時保護機體，避免尾槳葉和主槳葉觸地。保護架主要由防護鋁管、接頭組成。選用4根鋁管，在左起落架安裝1根鋁管，在右起落架安裝1根鋁管，在前部起落架安裝1根鋁管，在后部起落架安裝1根鋁管，保護架通過接頭安裝至起落架上。該型無人直升機起落架選用了輕型直升機上較為通用的滑橇式，滑橇式起落架具有結構簡單、重量輕，便于在雪地、草地和沙漠地帶起落的優(yōu)點。相對輪式起落架阻力可減小約40%以上，且滑橇式易于通過整流而進一步減小阻力。缺點是不能滑跑和不便于地面移動，需專設地面移動輪。

3 試飛內容與數(shù)據(jù)分析結果

由于該無人直升機之前雖然已經經過長時間的地面試驗，但飛行時全機各系統(tǒng)的飛行特性、飛行可靠性和穩(wěn)定性均無實際飛行經驗，為了降低飛行試驗風險，采取的試飛科目是帶保護架的人工操作無人直升機近地懸停。

1）試驗情況：無人直升機按正常流程地面開車至額定狀態(tài)，無人直升機接入姿態(tài)保持、航向保持和位置保持功能，人工操作無人直升機起飛，在10m以內的高度進行近地懸停試飛，之后人工操作無人直升機著陸。無人直升機初始GPS高度為44m，初始航向為215.6°。

2）試驗要求：無人直升機姿態(tài)（俯仰和橫滾）、航向平穩(wěn)，且位置可控，無人直升機發(fā)動機轉速控制精度在±150r/min以內（發(fā)動機額定工作轉速為5 500r/min）。

3）試驗結果與數(shù)據(jù)分析：截取發(fā)動機開車時間為380s～500s區(qū)間的飛行數(shù)據(jù)，運用ORIGIN軟件和MATLAB軟件進行分析，分析結果如下（試驗數(shù)據(jù)曲線如圖2～圖9所示）。人工懸停時，無人直升機總距保持范圍：7.3°～8.3°，風門保持范圍：49.5%～68.3%，發(fā)動機轉速保持在：5 455r/min～5 582r/min，GPS高度保持范圍：46.4m～48.2m（初始GPS高度為44m）；航向保持范圍：212.8°～218.4°，航向保持精度為：±2.8°；滾轉角保持范圍：-3.9°～-0.5°，滾轉角保持精度為：±1.7°，橫向位置保持范圍：-1.5m～3m；俯仰角保持范圍：-2.1°～1.3°，俯仰角保持精度為：±1.7°，縱向位置保持范圍：0～1.8m；缸頭1溫度最高104.9℃，缸頭2溫度最高102.9℃；排1溫度最高802.4℃，排2溫度最高793.3℃，排3溫度最高883.5℃，排4溫度最高906.1℃；滑油溫度最高97.1℃：滑油壓力變化范圍4.4bar～5.05bar；主減速器滑油溫度最高44.1℃；燃油壓力變化范圍0.596bar～0.623bar。

4）試驗結論：該新型無人直升機帶保護架人工近地懸停時，姿態(tài)（俯仰和橫滾）、航向平穩(wěn)，位置可控，發(fā)動機轉速控制精度：-45r/min～82r/min，符合試驗要求（±150r/min以內）。

4 結論

通過某新型無人直升機帶保護架試飛的驗證，發(fā)現(xiàn)該新型無人直升機飛控系統(tǒng)控制該新型無人直升機姿態(tài)保持、位置保持和航向保持等精度較高，飛行控制效果滿足技術指標要求；同時，發(fā)動機工作狀態(tài)正常，轉速控制穩(wěn)定，發(fā)動機缸頭溫度，排氣溫度，滑油溫度正常。飛行操作員操縱該新型無人直升機感覺該無人直升機操縱性較好。同時，該新型無人直升機其他各系統(tǒng)狀態(tài)良好，傳感器工作正常。因此，可拆開保護架，開展后續(xù)的試驗試飛工作。

參考文獻

[1]張呈林，郭才根.直升機總體技術[M].北京：國防工業(yè)出版社，2006.

[2]楊一棟.直升機飛行控制[M].北京：國防工業(yè)出版社，2007.

[3]孫之釗.直升機強度[M].南京：南京航空航天大學出版社，2011.