無人直升機斜坡起降操縱技巧研究

無人直升機是一種不需要人員搭乘，通過自主控制和導航系統實現飛行任務的直升機。近年來，無人直升機在各個領域展示了巨大的應用潛力，包括軍事偵察、災害監測、物資運輸等。由于無人直升機具有靈活性高、成本低以及能夠進入人類無法到達的危險環境等優勢，其應用范圍不斷擴大，并成為研究和工業界的熱點領域。

斜坡起降是指直升機在傾斜的地面或斜坡上進行起降操作。相較于傳統平地起降，斜坡起降具有一定的挑戰性和特殊性。傳統的無人直升機起降主要依賴于平坦的場地，而在實際應用中，往往需要在復雜地形條件下執行任務。斜坡起降可以允許無人直升機在地形崎嶇、有限空間或隱蔽區域等條件下進行安全起降，擴展了無人直升機的應用范圍。如在救災救援、環境監測等任務中，無人直升機斜坡起降可以提供更多的靈活性和操作空間，以支持關鍵的任務執行。

國內針對直升機斜坡起降的研究大多僅局限于有人機，在無人機領域少有涉及，在飛行手冊中會給出坡度限制，機型不同，坡度限制要求也不同，但飛行手冊中對斜坡起降的操作要領和注意事項并沒有給出詳細的內容可供參考。試驗中使用滑撬式起落架常規構型的無人直升機進行斜坡起降飛行，對飛行操縱技巧進行總結，供無人直升機操作人員參考。

斜坡起降的前提條件

（1）無人直升機的重心在正常重心范圍內；

（2）懸停時的風速在飛行手冊規定的風速范圍內；

（3）著陸的坡度角在飛行手冊所規定的范圍內；

（4）機上各個系統工作正常；

（5）保證油量充足；

（6）機上配重等固定牢固。

無人直升機斜坡起降試驗研究

典型場景設計

試驗平臺：某型滑撬式起落架常規構型無人直升機

試驗場地搭建：根據飛行手冊要求，斜坡坡度角不大于6.8°。使用硬質泥土鋪建長10m、寬15m的坡面，斜坡與水平面夾角約6.5°。

起降方式：根據無人直升機機頭朝向與斜坡坡降線間關系的不同將斜坡起降分為逆（仰）坡起降、順坡起降和橫坡起降，試驗采用逆（仰）坡起降，操作人員和地面控制站位于無人直升機正后方。

逆（仰）坡起降：無人直升機機體縱軸線平行于斜坡坡降線，機頭指向斜坡上方方向進行起降；

順坡起降：無人直升機機體縱軸線平行于斜坡坡降線，機頭指向斜坡下方方向進行起降；

左橫坡起降：無人直升機機體縱軸線垂直于斜坡坡降線，斜坡上方在機頭的左側進行起降；

的右側進行起降；

試驗目的：無人直升機斜坡起降的相關信息稀缺，在試驗時沒有現成的經驗去參考，試驗過程出于安全考慮，只進行逆（仰）坡起降。通過經驗總結以此類推即可得出其他起降方式以及其他構型無人直升機的通用起降操作方法。

試驗流程

無人直升機難以直接推至斜坡上，因此選擇平地起飛，設計試飛流程如下：

斜坡降落：

S1：無人直升機從平地起飛，到達斜坡上方進行懸停；

S2：無人直升機操作員調整無人直升機位置，選擇坡面上相對平整的地方降低高度；

S3：緩慢降距，直至無人直升機完全?？吭谛逼?；

斜坡起飛：

S4：緩慢提距，使得無人直升機完全離開坡面；

S5：根據無人直升機移動趨勢進行打桿操作，使無人直升機在坡面上方懸停；

S6：操縱無人直升機返回平地上方并降落。

數據采集

（1）飛行時對現場飛行情況進行多角度視頻錄像；

（2）無人直升機地面指揮方艙對無人機回傳的數據進行記錄；

（3）飛行控制系統對原始飛行數據進行記錄。

試驗分析

試驗過程分析

試驗計劃一個架次完成，但由于經驗不足在S3步驟中，無人直升機落在斜坡上之后出現了溜坡現象，隨即進行了正常的停車流程打算阻止溜坡，結果導致無人直升機后仰并尾撐觸地，于是重新進行試驗。下面對兩次試驗過程中的現象分別進行描述：

（1）斜坡上停車的斜坡起降

斜坡降落：在斜坡上尋找合適的著陸點，無人直升機無明顯位移時降距著陸，觀察到前起落架接觸坡面時繼續降距著陸，當后起落架也接觸到坡面，此時無人直升機開始沿著坡面下滑，立刻下達慢車指令，在無人直升機下滑了2m左右后發動機進入慢車，無人直升機后仰，尾撐觸地，此時下達暖車指令，暖車狀態無人直升機姿態回正。

斜坡起飛：檢查飛機后重新開車，到起飛準備以后，飛行控制系統開始介入，提距起飛，起飛瞬間無人直升機略有抬頭，繼續提距后無人直升機離開坡面開始向后運動，共運動4m左右，隨后在飛行控制系統作用下回到斜坡上的起飛點上方并保持懸停。

（2）斜坡上不停車的斜坡起降

斜坡降落：無人直升機到達斜坡上方后尋找合適的降落點，待無人直升機懸停穩定后降低高度準備著陸，在前起落架頂到斜坡后無人直升機位置保持不穩定，調整位置，待無人直升機穩定后降距著陸，在坡面無滑動。隨后總距降至最低并在斜坡上停留。

斜坡起飛：起飛時起落架后端先離地，離地后保持低頭的姿態向前飛行，向前運動大約15s，運動30m左右，隨后返回起飛場上方著陸。

試驗數據分析

（1）斜坡上停車的斜坡起降

如圖2所示，由于降落過程中向前的縱向邊距給的量不足，導致落地后出現滑坡現象，此時發送了慢車指令，由于慢車時飛行控制系統開環，原本向前的變距回零，這個過程產生的力使無人直升機后仰并造成尾撐觸地的現象，待進入慢車后發動機轉速變慢，旋翼轉速變慢，無人直升機在自身重力的作用下姿態回正。重新進行開車，如圖3所示，待無人直升機進入額定狀態時，飛行控制系統閉環，產生了向前的變距，但是斜坡坡度較大，產生的量不足，且飛行操作員此時沒有向前打縱向桿，因此無人直升機起飛瞬間有抬頭且向后運動，運動一段距離后在飛行控制系統作用下回到了起飛點上空。

（2）斜坡上不停車的斜坡起降

如圖4所示，在對前面試驗總結后對起降中的操作方法進行了優化，在降落過程中縱向向前持續壓桿，降落到斜坡后沒有出現滑坡現象，斜坡降落效果得到了極大的改善。由于擔心出現滑坡現象，在降落后仍然壓著縱向桿直到起飛時才回正，但是因為飛行控制系統在不進入慢車時一直處于參控狀態，且無人直升機在斜坡上沒有移動，壓桿產生的縱向速度積分一直在疊加，起飛時向前的速度大，抵消原來的縱向積分花費了較長時間，為了避開前進方向障礙物選擇了增大總距提升高度來保證安全。

總結

根據飛行數據分析可總結推廣出滑撬式起落架無人直升機各機頭朝向的斜坡起降技巧。首先根據風速風向選擇合適的斜坡起降朝向，確定操作人員站位，一般位于后方便于觀察無人直升機姿態。操作技巧也同樣適用于輪式起落架無人直升機，具有一定普適性。

滑撬式起落架無人直升機斜坡起降

（1）逆（仰）坡起降

降落：無人直升機飛至斜坡上方懸停，調整至要降落的位置，緩慢降距，在離斜坡很近的位置稍作停留，繼續緩慢降距，觀察起落架前端接觸到坡面時縱向桿前壓繼續降距，待起落架完全接觸到坡面觀察無人直升機是否有滑坡趨勢，有則繼續縱向壓桿，沒有則縱向桿回中，總距降至最低，無人直升機保持額定狀態，降落成功。

起飛：直接提距起飛，起飛過程中觀察飛機運動趨勢進行相應調整。

（2）順坡起降

與逆（仰）坡起降類似。

（3）左橫坡起降

降落：無人直升機飛至斜坡上方懸停，調整至要降落的位置，緩慢降距，在離斜坡很近的位置稍作停留，繼續緩慢降距，觀察左起落架接觸到坡面時橫向桿左壓繼續降距，待起落架完全接觸到坡面觀察無人直升機是否有滑坡趨勢，有則繼續橫向壓桿，沒有則橫向桿回中，總距降至最低，無人直升機保持額定狀態，降落成功。

起飛：直接提距起飛，起飛過程中觀察飛機運動趨勢進行相應調整。

（4）右橫坡起降

與左橫坡類似。

輪式起落架無人直升機斜坡起降

輪式起落架無人直升機分為前三點式無人直升機和后三點式無人直升機。

前三點式起落架的兩個支點（主輪）對稱的安裝在無人直升機重心后面，第三個支點（前輪）位于機身前部。

后三點式起落架的兩個支點（主輪）對稱的安裝在無人直升機重心前面，第三個支點（尾輪）位于機身尾部。

飛行操作方法與滑撬式起落架無人直升機類似，需要注意：

（1）著陸后若停留時間較長需使用輪擋剎車；

（2）確定無人直升機的重量重心以判斷機輪的著陸離陸順序；

（3）建議只使用左右橫坡起降，順逆坡起降有滑坡風險。

斜坡起降注意事項

（1）飛行前進行場地勘察。起降場地應具有一定強度，摩擦力足夠，若降落過程中出現滑坡現象應立即中止降落并提距爬升高度。斜坡的前后方保持通視且無障礙物，若飛行前進方向有障礙物應迅速提升總距，通過提升高度避開危險。確保斜坡起降場地無雜物且不會因為旋翼揚起風沙，若無人直升機靠近過程中風沙過大應中止降落。

（2）斜坡上降落成功后不允許發動機停車。停車會導致無人直升機發生側翻或尾撐著地等情況（坡度較小者例外），且長時間駐留會使燃油箱串油引起無人直升機重心變化，油量較少時甚至會導致供油不足。

（3）可根據無人直升機地面指揮方艙回報的周期變距度數和斜坡度數的差值來判斷是否需要在起飛時打桿。

未來展望

本文試驗搭建的斜坡為固定角度，未來可根據無人直升機起落架摩擦系數，進行不同坡度下的斜坡起降，研究不同坡度對無人直升機斜坡起降的影響。還可以探究在斜坡上發動機停車的條件以及斜坡起降的極限度數。

無人直升機近年來在艦船上同樣大放光彩，但是甲板會有起伏變化，降落時甲板和無人直升機存在一定夾角，情況類似于斜坡起降，相當于由靜態斜坡轉變為動態，其起降的操作方法與技巧是類似的。將陸地起降擴展到艦船起降，極大地豐富了使用場景。

試驗得到的數據同樣有助于無人直升機在斜坡自動起降方面進一步的研究，使得無人直升機緊急迫降更加安全，更加智能。在未來一個能應對各種復雜環境的無人機也起到降低操作門檻、縮短使用者的培訓周期的作用，減少用戶的使用顧慮。