专利名称：一种无人机进场着陆下滑通道设计与下滑轨迹调整方法
技术领域：
本发明属于飞行控制技术领域，主要涉及一种飞机进场着陆下滑通道设计与五边航线下滑轨迹调整方法。
背景技术：
五边航线是一种基本的起落航线，五边航线由以下五条边组成，如图1所示:第一边(离场边)、第二边(侧风边，与跑道方向成90度)、第三边(下风边，方向与跑道起飞方向反向平行)、第四边(基线边，与跑道垂直)、第五边(进场边，与起飞方向相同)。由于五边航线有五条边，因此该五边航线通常由六个点连接构成；在平飞高度的选择及航点的编排时，需要综合考虑机场的地理位置、飞机的下滑线角度等因素。对于常规飞行器来说，五边航线的进场着陆段轨迹由下滑及拉平两个不同阶段组成，如图2，在下滑过程中飞行器以固定的下滑角和恒定的下滑速度进行下滑，故又可称为平衡下滑段，当高度低于一定值后进行拉平(一般指数拉起)操作，目的是减小飞行器触地(到达着陆点)时的下沉率，保证着陆安全。在飞机进行最后的下滑着陆时，由于种种原因，现有的方案大都选取-2.5°作为平衡下滑段的航迹倾角。该种方案虽然使用起来简单，但是由于下滑线角度固定，导致下滑距离随着平飞高度的增加而呈线性增加，对于周围地势平坦的机场来说可以实现，然而由于某些机场的特殊地理条件，并不能按照传统方案顺利实施，比如在机场周围有高的障碍物时，若以-2.5°的下滑航迹倾角进行进场着陆就会有撞机的危险；此外在有些情况也需要在平飞高度一定的情况下，对飞机的进场段下滑距离进行调整，利用传统的固定下滑航迹倾角的方法均不能完成所提出的要求。
发明内容
本发明为了解决现有技术中需要对下滑距离和下滑航迹倾角进行调整的问题，提供一种飞机进场着陆下滑通道设计与五边航线下滑轨迹调整方法，所述的方法首先根据飞机的气动特性以及发动机特性，规划出满足着陆条件的下滑通道；然后根据机场的现场条件及实际需要，确定出合理的平飞高度以及飞机的进场下滑距离，通过改变飞机进场着陆平衡下滑段航迹倾角的方法实现对下滑距离和下滑航迹倾角的调整，有效避开障碍物对飞机进场着陆的影响；最后采用轨迹延拓的方法得到飞机的动压、速度、迎角、升降舵偏角等参数沿轨迹的变化曲线，实现飞机的安全着陆。本发明提供的一种无人机进场着陆下滑通道设计与下滑轨迹调整方法，包括如下步骤:第一步，根据固定航迹倾角和发动机推力为零，分别确定飞机下滑通道的下边界和上边界；具体为:将航迹倾角为-2.5°时对应的下滑轨迹作为下滑通道的下边界；发动机的推力为O时对应的下滑轨迹作为下滑通道的上边界；第二步，根据五边航线上障碍物的高度，调整五边航线，实现飞机安全着陆。具体分两种情况，第一种，当着陆跑道反向延长线存在可飞跃障碍物，则增加平飞高度并增大航迹倾角后进行下滑，此时下滑距离不变，如图3所示；第二种，当着陆跑道反向延长线存在不可飞跃障碍物，则减少下滑距离并增大航迹倾角后进行下滑，此时平飞高度不变，如图4所示。本发明的优点在于:(I)给出了设计常规飞行器下滑通道的方法，并据此得到下滑通道的上边界和下边界；(2)给出了适用于一般五边航线平飞高度及下滑距离的调整方法，更加适合于具有障碍物影响着陆的情况，提高着陆安全性；(3)设计和调整过程简单，便于应用。
图1是现有技术中五边航线示意图；图2为现有常规飞行器按照五边航线进场着陆的下滑通道示意图；图3是五边航线上具有可飞跃障碍物时平飞高度需要调整的下滑轨迹示意图；图4是五边航线上具有不可飞跃障碍物时下滑距离需要调整的下滑轨迹示意图；图5是实施例飞机的下滑通道设计上边界和下边界结果示意图；图6是实施例调整后五边航线的俯视图；图7是实施例调整后进场着陆轨迹的侧视图；图8是实施例飞机沿调整后轨迹延拓的速度剖面；图9是实施例飞机沿调整后轨迹延拓的迎角剖面；图10是实施例飞机沿调整后轨迹延拓的升降舵偏角剖面图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。本发明提供的应用于调整五边航线的平飞高度以及下滑距离的原理是:考虑一个飞机以一个基本的五边航线的方式进行正向飞行，如图6所示，在不考虑逆向着陆的情况下，飞机沿航点O点-1点-2点-3点-4点-5点的顺序进行飞行。在设计平飞高度及进场段的下滑距离时需要考虑跑道延长线上的障碍物(如图7中所示)，障碍物分为可飞跃障碍物和不可飞跃障碍物，可飞跃障碍物主要影响五边航线的平飞高度，而不可飞跃障碍物主要对飞机进场段的下滑距离的选择有要求。为了使飞机能够安全的进场着陆，需要采用本发明提供的方法对飞行五边航线的平飞高度以及下滑距离进行重新设计。本发明提供的飞机进场着陆下滑通道设计与五边航线下滑轨迹调整方法具体包括如下步骤:第一步:设计飞机进场着陆下滑通道的上边界和下边界；由于飞机进场着陆段的运动学特性和动态限制条件，进场着陆的下滑轨迹(主要是航迹倾角)并不能随意调整，调整后的下滑轨迹必须能够满足着陆时的速度、迎角、姿态等要求。为了给下滑轨迹调整提供限制范围，因此需要根据飞机的纵向气动特性以及发动机特性设计下滑通道；而不同的下滑轨迹对应着飞机不同的升阻比，对于常规的有人机和无人机来说，影响平衡下滑过程中升阻比的主要因素是发动机推力，因此通过改变发动机推力可以得到不同的升阻比，从而得到不同的下滑轨迹。对于常规飞机，由于通常情况下航迹倾角均选为-2.5°，因此本发明中将航迹倾角为-2.5°时对应的下滑轨迹作为下滑通道的下边界。而发动机的推力为O时，飞机的升阻比最小，所对应的下滑通道的航迹倾角最大，此时的下滑轨迹是无动力下滑，因此本发明中将此时对应的下滑轨迹作为下滑通道的上边界；下面分别对航迹倾角为-2.5°时，以及发动机推力为O时，下滑轨迹的设计进行具体说明:a、航迹倾角为-2.5°时，下滑轨迹设计；飞机下滑过程中在航迹坐标系下的纵向运动学方程为:
权利要求
1.一种无人机进场着陆下滑通道设计与下滑轨迹调整方法，其特征在于，包括如下步骤: 第一步，根据固定航迹倾角和发动机推力为零，分别确定飞机下滑通道的下边界和上边界；具体为:将航迹倾角为-2.5°时对应的下滑轨迹作为下滑通道的下边界；发动机的推力为O时对应的下滑轨迹作为下滑通道的上边界； 第二步，根据五边航线上障碍物的高度，调整五边航线，实现飞机安全着陆；具体分两种情况，第一种，当着陆跑道反向延长线存在可飞跃障碍物，则增加平飞高度并增大航迹倾角后进行下滑，此时下滑距离不变；第二种，当着陆跑道反向延长线存在不可飞跃障碍物，则减少下滑距离并增大航迹倾角后进行下滑，此时平飞高度不变。
2.根据权利要求1所述的一种无人机进场着陆下滑通道设计与下滑轨迹调整方法，其特征在于:第一步中，航迹倾角为-2.5°时，下滑轨迹设计； 飞机下滑过程中在航迹坐标系下的纵向运动学方程为:
3.根据权利要求1所述的一种无人机进场着陆下滑通道设计与下滑轨迹调整方法，其特征在于:第二步中，对于第一种情况，航迹倾角的最小值
全文摘要
本发明公开一种无人机进场着陆下滑通道设计与下滑轨迹调整方法，属于飞行控制技术领域。本发明根据飞机的气动特性以及发动机特性，规划出满足着陆条件的下滑通道；然后根据机场的现场条件及实际需要，确定出合理的平飞高度以及飞机的进场下滑距离，通过改变飞机进场着陆平衡下滑段航迹倾角的方法实现对下滑距离和航迹倾角的调整，有效避开障碍物对飞机进场着陆的影响；最后采用轨迹延拓的方法得到飞机的动压、速度、迎角、升降舵偏角等参数沿轨迹的变化曲线，实现飞机的安全着陆。本发明给出了适用于一般五边航线平飞高度及下滑距离的调整方法，更加适合于具有障碍物影响着陆的情况，提高着陆安全性；设计和调整过程简单，便于应用。
文档编号G05D1/10GK103197682SQ20131009295
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月22日 优先权日2013年3月22日
发明者王宏伦, 裴云峰, 盖文东, 向锦武 申请人:北京航空航天大学