綜合電子控制技術(shù)對(duì)提高直升機(jī)飛行性能的影響

袁夕波

（東海救助局，上海200090）

直升機(jī)飛行性能包括續(xù)航能力、操縱能力、抗干擾能力等，目前已經(jīng)采用了大量的控制系統(tǒng)提高性能，但是控制系統(tǒng)總體較為復(fù)雜，在一定程度上降低了控制效率。綜合電子控制技術(shù)可以消除目前控制過程中的缺陷，要在詳細(xì)深刻了解這一技術(shù)作用原理的基礎(chǔ)上，采取最佳的使用方法。

1 綜合電子控制技術(shù)綜述

綜合電子控制技術(shù)本質(zhì)上就是把多個(gè)乃至所有的控制系統(tǒng)納入到同一個(gè)控制理論框架內(nèi)，控制系統(tǒng)包括航空發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行功率的控制系統(tǒng)、電氣設(shè)備的控制系統(tǒng)、電力設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)的控制系統(tǒng)、導(dǎo)航精度控制系統(tǒng)等，這類控制系統(tǒng)就功能上來看具有不同程度上的耦合量，比如導(dǎo)航系統(tǒng)會(huì)和路徑規(guī)劃系統(tǒng)耦合，而路徑規(guī)劃系統(tǒng)會(huì)直接影響直升機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)功率、航程等參數(shù)，所以可以認(rèn)為導(dǎo)航系統(tǒng)和直升機(jī)的航程信息有較高的耦合程度。

綜合電子控制技術(shù)可以在分析這類耦合信息和方式的基礎(chǔ)之上，借助中央控制體系分析所有的獲取信號(hào)，包括電氣設(shè)備自主獲取的信號(hào)和駕駛員的輸入信息，從中自動(dòng)核算可以發(fā)出的控制指令和控制方案，在高度自動(dòng)化的直升機(jī)型中，可根據(jù)目的地的距離和直升機(jī)本身的工作任務(wù)，選擇后續(xù)路徑運(yùn)行中的最佳控制方案，這一工作方法可以提高控制信息的科學(xué)度，同時(shí)也降低了飛行員的工作負(fù)擔(dān)，讓其把更多的精力投入到具體的工作項(xiàng)目內(nèi)[1]。

2 綜合電子控制技術(shù)對(duì)直升機(jī)飛行性能的提高作用

2.1 探測(cè)能力

探測(cè)能力是現(xiàn)代直升機(jī)中最為核心和基礎(chǔ)的能力，現(xiàn)代直升機(jī)任務(wù)廣泛、安裝設(shè)備多樣，同時(shí)兼具中遠(yuǎn)距離運(yùn)輸、多氣象條件和全時(shí)段的運(yùn)行優(yōu)勢(shì)，要求探測(cè)能力較高。

綜合電子控制技術(shù)的運(yùn)行過程中，可以把探測(cè)獲取的信號(hào)自主分為兩種，一種是直升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的控制信號(hào)，另一種是工作任務(wù)完成過程需要含有的信號(hào)。前者在使用過程，通常探測(cè)到的信號(hào)包括高度信息、地面設(shè)備的部署信息、氣候環(huán)境的探測(cè)信息等，這些信號(hào)會(huì)作為控制指令輸入到綜合電子控制系統(tǒng)內(nèi)部，該系統(tǒng)的任務(wù)是依靠這類信息重新規(guī)劃任務(wù)路線參數(shù)。理論上認(rèn)為，由于綜合電子控制技術(shù)支持多種傳感器獲取探測(cè)信號(hào)，并可以同時(shí)高效處理信息，所以探測(cè)能力大幅提升。

后者在使用過程，會(huì)把探測(cè)的項(xiàng)目經(jīng)過控制系統(tǒng)分類和分析之后，直接輸送給地面信號(hào)的控制系統(tǒng)，這一技術(shù)優(yōu)勢(shì)在國土勘察、軍事勘察中具有極高的使用價(jià)值，飛行員本身不需要處理這類信息，進(jìn)一步降低了飛行員的勘察任務(wù)工作難度。

2.2 續(xù)航能力

續(xù)航能力的限制是直升機(jī)的載油量和航空發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行功率，而功率又直接或間接影響了直升機(jī)完成任務(wù)的時(shí)長，人力核算或者多個(gè)不同系統(tǒng)自主核算過程，會(huì)大幅提高路徑和控制方案的規(guī)劃難度。

續(xù)航能力和任務(wù)完成效率具有極高的耦合程度，尤其是在長距離長時(shí)間的飛行任務(wù)中，更是要合理規(guī)劃這兩者的分別控制形式[2]。在綜合電子控制技術(shù)的采用中，探測(cè)系統(tǒng)會(huì)同時(shí)獲取多個(gè)信息，包括氣象信息、路線長度信息、發(fā)動(dòng)機(jī)的功率信息等，并按照任務(wù)類型和任務(wù)目標(biāo)作出調(diào)整，其中任務(wù)類型和任務(wù)目標(biāo)是綜合控制系統(tǒng)的整體性框架，其它實(shí)時(shí)類信息是控制系統(tǒng)中的干擾因素，綜合性考慮干擾因素和控制目標(biāo)之后，給出的最終控制方案往往具有極高的科學(xué)程度，從作用效果上來看，續(xù)航能力從本質(zhì)上來看提高明顯，但是一些特殊情況下也會(huì)考慮適當(dāng)犧牲續(xù)航能力提高任務(wù)的完成效率，綜合電子控制系統(tǒng)在控制方法的選用方面有了更高的合理化程度。

2.3 操縱能力

操縱能力是直升機(jī)飛行中最容易被忽略的一個(gè)硬性指標(biāo)，事實(shí)上無論是操縱桿還是操縱舵，若無省力機(jī)構(gòu)協(xié)同作用，飛行員需要付出更多的努力控制直升機(jī)的運(yùn)行姿態(tài)，甚至根本無法操作。而綜合電子控制系統(tǒng)在提高直升機(jī)操縱能力方面，具備的優(yōu)勢(shì)時(shí)可以把所有的省力機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)納入到同一控制系統(tǒng)內(nèi)部，這一方式提高了整個(gè)控制體系中的精簡(jiǎn)度，可以讓直升機(jī)獲得更好的被控精度。比如在直升機(jī)的加速過程，要通過合理控制達(dá)成目的，而在后續(xù)的實(shí)際作用過程，控制設(shè)備和相應(yīng)的傳感器連接，以自主做出相應(yīng)的調(diào)整動(dòng)作。以同軸雙槳直升機(jī)為例，其前進(jìn)動(dòng)力來源于雙槳和水平面的夾角、前向推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)，控制過程中，飛行員蹬舵后，綜合電子控制系統(tǒng)接收到控制指令，自主調(diào)整直升機(jī)的姿態(tài)和推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，同時(shí)自主協(xié)調(diào)與飛行速度有耦合效果的其余各項(xiàng)參數(shù)，降低了飛行員的操作難度和復(fù)雜度，即可確定提高了直升機(jī)的操縱能力。

2.4 機(jī)動(dòng)能力

直升機(jī)的機(jī)動(dòng)能力是衡量直升機(jī)性能的一個(gè)最根本性指標(biāo)，尤其是對(duì)于軍用直升機(jī)來說，無論是武裝直升機(jī)還是勘察類直升機(jī)，都要具備良好的機(jī)動(dòng)能力。機(jī)動(dòng)能力的良好與否要分析直升機(jī)是否能夠第一時(shí)間響應(yīng)飛行員的操作指令、一些復(fù)雜機(jī)動(dòng)模式的操作復(fù)雜度、機(jī)動(dòng)形式的作用水平等，要求所有的機(jī)動(dòng)方式都要處于最為高效的運(yùn)行狀態(tài)。

機(jī)動(dòng)能力的實(shí)現(xiàn)過程，借助綜合電子控制技術(shù)可自主恒量所有姿態(tài)控制系統(tǒng)的狀態(tài)，這類裝置處于駕駛員的控制指令之下，比如對(duì)于翻滾機(jī)動(dòng)來說，在飛行員做出合適的控制動(dòng)作之后，綜合電子控制系統(tǒng)自主把這些指令分配給發(fā)動(dòng)機(jī)、舵面控制電機(jī)等設(shè)備中，并可以保持這類設(shè)備的被控精度，直升機(jī)可以高精度做出相應(yīng)動(dòng)作。這一方式由于提高了控制系統(tǒng)響應(yīng)效率和控制精度，所以大幅提高了機(jī)動(dòng)能力。

2.5 穩(wěn)定性

直升機(jī)的穩(wěn)定性可分為兩個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)：一個(gè)是日常飛行中的穩(wěn)定性，另一個(gè)是遭受干擾后的穩(wěn)定性。前者的具體表現(xiàn)是，飛行過程保持發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率穩(wěn)定、姿態(tài)穩(wěn)定、前進(jìn)速度穩(wěn)定等，綜合電子控制技術(shù)可以把所有這些參數(shù)納入統(tǒng)一分析系統(tǒng)中，根據(jù)任務(wù)指標(biāo)和環(huán)境條件作出維穩(wěn)控制動(dòng)作。比如該地區(qū)存在上升氣流時(shí)，探測(cè)器自主分析了氣流的上升速度等指標(biāo)，綜合電子控制系統(tǒng)經(jīng)過計(jì)算，向發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出功率控制指令，從而自主維持了直升機(jī)的飛行高度，并防范了直升機(jī)的水平穩(wěn)定度不足問題。

對(duì)于遭受干擾后的穩(wěn)定性保持工作，可以分析當(dāng)前干擾因素的作用方式和強(qiáng)度，比如對(duì)于側(cè)向風(fēng)干擾、上/下方氣流干擾等，綜合電子控制系統(tǒng)可借助傳感器自主分析這些干擾參數(shù)的強(qiáng)度和干擾抗衡形式，達(dá)到了提高穩(wěn)定度的目的。

3 綜合電子控制技術(shù)在直升機(jī)內(nèi)部的建設(shè)和使用方法

3.1 耦合項(xiàng)目分析

耦合項(xiàng)目分析工作是最基礎(chǔ)的工作項(xiàng)目，可以發(fā)現(xiàn)耦合的項(xiàng)目有多種，可以分為小范圍耦合項(xiàng)和大范圍耦合項(xiàng)兩種，小范圍耦合項(xiàng)多是2～3 個(gè)耦合項(xiàng)目的綜合體，大范圍耦合項(xiàng)中覆蓋的項(xiàng)目多于3 個(gè)。為降低綜合電子控制技術(shù)的故障影響范圍，要按照由小到大的順序設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，其中小范圍的耦合項(xiàng)設(shè)置相對(duì)獨(dú)立的控制中樞，根據(jù)實(shí)際需要確定是否可把這些中樞進(jìn)一步集成。

3.2 各類設(shè)備安裝

相關(guān)設(shè)備包括硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)，其中硬件設(shè)備包括傳感器、控制中樞和相應(yīng)的控制體系，其中傳感器包括直升機(jī)外部探測(cè)類傳感器、內(nèi)部構(gòu)件運(yùn)行狀態(tài)傳感器等，獲取的信號(hào)自動(dòng)視作干擾信號(hào)，綜合電子控制系統(tǒng)根據(jù)干擾信號(hào)的類型和影響范圍，自動(dòng)做出最佳的調(diào)整方式[3]。此外硬件設(shè)施也包括信號(hào)的傳輸線纜、單片機(jī)、電路板等設(shè)施，要根據(jù)控制系統(tǒng)的功能合理設(shè)計(jì)和安裝。

軟件系統(tǒng)則需要根據(jù)具備耦合效果的檢測(cè)項(xiàng)目和控制方法各自編寫，并把建成的軟件輸入控制中樞中的硬件設(shè)備內(nèi)部，從而讓這一系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量獲得最大限度的提高。

綜上所述，綜合電子控制技術(shù)在直升機(jī)飛行性能的提升中，提升的能力包括續(xù)航能力、操縱能力、勘測(cè)能力、自主穩(wěn)定度的調(diào)整能力等，并且大量的控制方案具有更高科學(xué)程度。該系統(tǒng)的建設(shè)過程，包括的項(xiàng)目有耦合項(xiàng)目的分析和各類設(shè)備安裝兩項(xiàng)，從而讓這一控制系統(tǒng)可以發(fā)揮應(yīng)有作用。