无人直升机舰面自动起飞控制技术研究.pdf

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1、总第182期2015年第1期直升机技术HELICOPTERTECHNIQUETotalNo．182No．12015文章编号：1673-1220(2015)01-029-05无人直升机舰面自动起飞控制技术研究鲜勇1，单俊杰1，赖水清2(1．海装武汉局，湖北武汉市430064；2．中国直升机设计研究所，江西景德镇333001)摘要针对无人直升机舰面自动起飞的特点和需求，研究舰面自动起飞控制策略，设计舰面自动起飞轨迹控制，并通过仿真试验进行验证。关键词无人直升机；舰面自动起飞中图分类号：V249．12；V279文献标识码

2、：AControlTechniqueResearchofAutomaticCarrierTakeoffforUnmannedHelicopterXIANYon91，SHANJunjiel，LAIShuiqin92(1．WuhanMilitaryRepresentativeBureauofNavyEquipmentDepartment，Wuhan430064，China；2．ChinaHelicopterResearchandDevelopmentInstitute，Jingdezhen333001，China)Ab

3、stractThispaperaimedatthecharacteristicsandrequirementsofautomaticcarriertakeoffforunmannedhelicopter，thecontrolstrategyofunmannedhelicopterautomaticcarriertakeoffwas1-e-searched，thenthedesignofautomaticcarriertakeofftrackcontrolwasdeveloped，finallythecontrols

4、trategyofautomaticcarriertakeoffwasvalidatedbysimulation．Keywordsunmannedhelicopter；autonomouscarriertakeoff0引言无人直升机不需要复杂的起飞与降落辅助设备，特别适合舰面起降，具有其它无人飞行器无可比拟的优势。国内军用及民用舰船对配备无人直升机的需求越来越多，主要用于执行海上侦察、反潜、监视、测绘和勘探等任务。无人直升机的海上使用首先需要解决舰面自动起降控制技术，其意义主要体现在以下几个方面：1)舰面自动起降是

5、无人直升机海上使用的关键，该功能的实现可扩大无入直升机海上使用的范围；2)可降低舰船对无人直升机操作手的要求，克服无人直升机飞行中人的因素；3)可用于无人直升机的夜间与能见度差时的舰面自动起降，大大扩展无人直升机的使用时间范围；4)可有效地避免人员伤亡，节约成本，降低无收稿日期：2014—12—17作者简介：鲜勇(1974一)，男，四川巴中人，硕士，工程师，研究方向无人直升机。·30·直升机技术总第182期人直升机海上使用风险。与陆地自动起降相比，无人直升机舰面自动起降难度大大增加，主要原因如下：1)舰船随风浪摇摆

6、和升沉。由于海上的风浪条件恶劣，整个舰船船体的运动复杂，主要为六自由度的平移与转动：纵荡、横荡、垂荡(升沉)、纵摇、横摇和摇艏运动，其中对无人直升机的自动起降影响较大的为纵摇、横摇与升沉运动。2)舰面气流紊乱。直升机的旋翼诱导下洗气流与舰面的建筑结构以及甲板的海面侧的流场复杂，此外由于风浪引起的舰体复杂运动也会造成舰面的气流紊乱。3)海面气象瞬息多变。远洋航行的多变气象威胁无人直升机的起降安全，无人直升机在执行任务前可能风平浪静，执行任务后却波涛汹涌、狂风暴雨。因此，如何安全、鲁棒地实现自动起降是舰载无人直升机飞行

7、控制系统的关键。本文针对无人直升机舰面自动起飞控制进行设计与仿真验证。1舰面自动起飞控制策略设计无人直升机舰面自动起飞过程具体可以分为两个阶段：一是由舰面至脱离地效区的安全高度；二是由安全高度稳定爬升至悬停高度。其中需要解决三个关键问题：1)无人直升机离开舰面的时机选择由于舰面运动的复杂性，无人直升机舰面起飞过程较为困难，需要判断可以起飞的时机。甲板运动时无人直升机起飞会叠加运动，通常甲板运动分为平移与转动，应尽量避免在甲板转动时起飞。在复杂海浪运动与大风环境下，甲板的转动通常可以分解为各种频率与振幅的正弦波叠加，

8、通过判断，在甲板振荡零位时起飞，尽可能地缓解甲板转动对无人直升机自动起飞的不利影响。如果无人直升机起飞时叠加着甲板的平移速度，因为甲板的平移速度可以限制，对其影响不大，通过带速度反馈的位置控制，可消除起飞后的平移速度。2)离开舰面时总距不确定性问题无人直升机的高度控制是通过总距操纵实现的。总距的大小决定了旋翼升力的大小，然而在离开舰面时总距的不确定将会影响离