基于某新型无人直升机带保护架试飞的分析

张郑源+占贞强+刘明锜

摘 要 带保护架试飞是无人直升机试验试飞整个流程中的关键环节，带保护架试飞结果的好坏直接反应无人直升机的性能。本文在某新型无人直升机完成带保护架试飞试验后，运用ORIGIN软件和MATLAB软件对试飞数据进行了详细分析与研究，得出了某新型无人直升机带保护架试飞的结论，即该新型无人直升机各系统状态良好，各传感器工作正常，控制效果满足技术指标要求，可进行后续的试验试飞工作。

关键词 带保护架试飞；无人直升机；试飞数据

中图分类号 V2 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）12-0034-02

1 概述

某新型无人直升机采用单旋翼带尾桨式布局，机身主骨架为整体焊接空间桁架结构，滑橇式起落架，旋翼系统采用跷跷板构型，配备1台四冲程活塞式汽油发动机[1]，最大起飞重量460kg。航电及任务系统由全静压系统、大气数据系统、无线电高度表，及任务设备：航管应答机、光电侦查设备组成。飞控系统采用自动控制、手动控制和混合控制三种飞控模式[2]。遥控遥测系统将指令发送给机载收发机，并从中接收数据，机载收发机将指令通过串口转发给飞控计算机。该型无人直升机在设计时具有一定的抗风、抗中雨和防尘防沙能力。搭载不同任务设备，该型无人直升机能在适宜飞行的昼夜气象条件下执行如下任务：侦察监视，目标搜索、跟踪、识别，目标指示，毁伤评估，通信中继，雷场探测，海事监控，搜索救援，核辐射侦查，警务执法，农林作业，大气监测，森林防火，电力巡线等。典型任务剖面见图1。

该新型无人直升机先期已完成地面试验，各系统地面试验过程中工作正常，地面试验取得良好效果，下一步进行飞行试验。为保证试飞安全，降低无人直升机试飞时的风险系数，在试飞前必须对该无人直升机进行安装保护架，增大飞机着陆时接触地面的范围，避免试飞时尾桨叶触地（尤其是起飞和着陆时尾桨叶容易触地），以及避免主桨叶在机体进行俯仰和横滚动作时触地。进行带保护架试飞试验有以下试验目的：1）检查该新型无人直升机各系统在飞行时的工作情况，并考核各个系统的工作能力及状态，特别是发动机系统和飞控系统的功能和状态，使全机达到可以进行去保护架试飞的技术状态；2）进一步考核及调整该新型无人直升机发动机参数和飞行控制律参数；3）使飞行操作员掌握该新型无人直升机的飞行特性。

2 保护架安装方案

保护架必须能够在无人直升机试飞时保护机体，避免尾桨叶和主桨叶触地。保护架主要由防护铝管、接头组成。选用4根铝管，在左起落架安装1根铝管，在右起落架安装1根铝管，在前部起落架安装1根铝管，在后部起落架安装1根铝管，保护架通过接头安装至起落架上。该型无人直升机起落架选用了轻型直升机上较为通用的滑橇式，滑橇式起落架具有结构简单、重量轻，便于在雪地、草地和沙漠地带起落的优点。相对轮式起落架阻力可减小约40%以上，且滑橇式易于通过整流而进一步减小阻力。缺点是不能滑跑和不便于地面移动，需专设地面移动轮。

3 试飞内容与数据分析结果

由于该无人直升机之前虽然已经经过长时间的地面试验，但飞行时全机各系统的飞行特性、飞行可靠性和稳定性均无实际飞行经验，为了降低飞行试验风险，采取的试飞科目是带保护架的人工操作无人直升机近地悬停。

1）试验情况：无人直升机按正常流程地面开车至额定状态，无人直升机接入姿态保持、航向保持和位置保持功能，人工操作无人直升机起飞，在10m以内的高度进行近地悬停试飞，之后人工操作无人直升机着陆。无人直升机初始GPS高度为44m，初始航向为215.6°。

2）试验要求：无人直升机姿态（俯仰和横滚）、航向平稳，且位置可控，无人直升机发动机转速控制精度在±150r/min以内（发动机额定工作转速为5 500r/min）。

3）试验结果与数据分析：截取发动机开车时间为380s～500s区间的飞行数据，运用ORIGIN软件和MATLAB软件进行分析，分析结果如下（试验数据曲线如图2～图9所示）。人工悬停时，无人直升机总距保持范围：7.3°～8.3°，风门保持范围：49.5%～68.3%，发动机转速保持在：5 455r/min～5 582r/min，GPS高度保持范围：46.4m～48.2m（初始GPS高度为44m）；航向保持范围：212.8°～218.4°，航向保持精度为：±2.8°；滚转角保持范围：-3.9°～-0.5°，滚转角保持精度为：±1.7°，横向位置保持范围：-1.5m～3m；俯仰角保持范围：-2.1°～1.3°，俯仰角保持精度为：±1.7°，纵向位置保持范围：0～1.8m；缸头1温度最高104.9℃，缸头2温度最高102.9℃；排1温度最高802.4℃，排2温度最高793.3℃，排3温度最高883.5℃，排4温度最高906.1℃；滑油温度最高97.1℃：滑油压力变化范围4.4bar～5.05bar；主减速器滑油温度最高44.1℃；燃油压力变化范围0.596bar～0.623bar。

4）试验结论：该新型无人直升机带保护架人工近地悬停时，姿态（俯仰和横滚）、航向平稳，位置可控，发动机转速控制精度：-45r/min～82r/min，符合试验要求（±150r/min以内）。

4 结论

通过某新型无人直升机带保护架试飞的验证，发现该新型无人直升机飞控系统控制该新型无人直升机姿态保持、位置保持和航向保持等精度較高，飞行控制效果满足技术指标要求；同时，发动机工作状态正常，转速控制稳定，发动机缸头温度，排气温度，滑油温度正常。飞行操作员操纵该新型无人直升机感觉该无人直升机操纵性较好。同时，该新型无人直升机其他各系统状态良好，传感器工作正常。因此，可拆开保护架，开展后续的试验试飞工作。

参考文献

[1]张呈林，郭才根.直升机总体技术[M].北京：国防工业出版社，2006.

[2]杨一栋.直升机飞行控制[M].北京：国防工业出版社，2007.

[3]孙之钊.直升机强度[M].南京：南京航空航天大学出版社，2011.