一种前飞状态直升机可达区域快速计算方法

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1、2014年6月北京航空航天大学学报June2014第40卷第6期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．40No．6一种前飞状态直升机可达区域快速计算方法庄南剑罗漳平任毅如向锦武(北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100191)摘要：直升机可达区域可用于生成空域安全态势，提高直升机在低空复杂环境中的飞行安全水平．为了满足求解可达区域的实时性和准确性要求，提出了一种快速计算方法．根据能量机动性求解了直升机控制域，结合运动学方程建立了可达区域数学模型．基于最优控制原理，实现了边界点快速计算

2、；提出了基本可达区域的概念，将实时可达区域构造问题转化为少量边界点的计算问题．以AH-1G直升机为对象进行了二维和三维的算例分析，并与微分包含法计算结果进行了对比．算例结果表明，直升机控制域是时变的，需根据实时飞行状态进行计算；该算法能实时计算前飞状态直升机的可达区域，有较高的计算精度．关键词：直升机；可达区域；能量法；机动性；最优控制；微分包含法中图分类号：V212．4文献标识码：A文章编号：1001—5965(2014)06-0810-05Fastcalculationmethodforhelicopterreachabledomaininforwardflig

3、htZhuangNanjianLuoZhangpingRenYiruXiangJinwu(SchoolofAeronauticScienceandEngineering，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China)Abstract：Helicopterreachabledomaincanbeusedtogenerateairspacesecuritysituationandimprovethehelicoptersafetylevelinalow—altitudecomplexe

4、nvironment．Inordertomeetthedemandonreal-timeperformanceandaccuracy，afastcalculationmethodwasproposed．Thehelicoptercontrolzonewascomputedthroughenergymethodandthehelicopterreachabledomainmathematicalmodelwasestablishedbycombiningkinematicalequationwithcontrolzone．Basedonoptimalcontrolth

5、eory，theboundarypointsofreachabledo-mainweresolved．Theproblemofconstructingreachabledomaininrealtimewastransformedintotheproblemofcalculatingtheboundarypoints．Two—dimensionalandthree—dimensionalexamplesofAH-1Ghelicopterwereanalyzedandtheresultsoftheproposedalgorithmwerecomparedwithdiff

6、erentialinclusionmethod．Thenil-mericalresultsshowthatthecontrolzoneistimevaryingandshouldbecomputedonthebasisofreal-timeflightstatus．Helicopterreachabledomaininforwardflightcanbecalculatedinrealtimeusingtheproposedalgorithmandhashighprecision．Keywords：helicopters；reachabledomain；energy

7、method；maneuverability；optimalcontrol；differen-tia】jnclusions直升机是航空应急救援中最重要的交通工具⋯．由于应急救援过程中的飞行环境复杂多变，救援直升机坠毁的事故时有发生．为了确保直升机在复杂低空环境中的飞行安全，需要实时提供直升机的机动能力信息，用于形成空域综合安全态势⋯．目前一般采用直升机的性能参数来反映机动能力‘3

8、，这种方式缺乏针对性，无法准确体现飞行器在不同飞行状态下的机动能力．直升机可达区域是直升机从当前状态开始，经过某一时间后能达到的所有区域集合．直升机收稿日期：2013—11-05；网络