纵列式直升机纵向控制方法与使用此方法的直升机与流程

[0001]
本发明涉及航空技术领域，尤其是涉及一种纵列式直升机纵向控制方法与使用此方法的直升机。


背景技术：

[0002]
纵列式直升机的两个旋翼前后分布，其机身长度较长，货物装载量大适合进行物资运输。在物资装载过程中，难以将物资对机体重心偏移的影响降低到无，即在装载物资时，机体的重心会产生偏移。由于纵列式直升机的机身瘦长，因此货物装载导致的重心偏移主要表现为纵向偏移。
[0003]
现有的纵列式直升机通过纵向变距实现对直升机俯仰姿态以及对直升机前飞速度的控制。具体地，通过控制两个旋翼的纵向周期变距使两个桨盘实现纵向倾斜，进而提供前向拉力以及俯仰力矩。即两个旋翼的总距、周期变距操纵时同步的。但现有的纵列式直升机纵向控制方法存在以下两方面的问题：其一，通过同步的操纵，在重心出现纵向偏移时，悬停时机体的俯仰姿态难以水平，且需要纵向操纵(纵向周期变距)使旋翼纵向倾斜保证悬停，对于起降过程难度较大；第二，单纯凭借纵向的操纵应对机体重心的偏移，会导致可容忍的机体重心偏移量有限，对于重心不规则的货物运输需使用配重块调整机体重心，增加多余的起飞重量。因此，上述技术存在改进空间。


技术实现要素：

[0004]
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种纵列式直升机纵向控制方法，所述纵列式直升机纵向控制方法，一方面使直升机重心位置的前后极限增加，更有利于货物运输的摆放；另一方面在重心偏移的情况下可以降低机体的俯仰角，使直升机起降和悬停过程中可以保证更高的姿态水平能力。
[0005]
本发明还提出了一种采用上述纵列式直升机纵向控制方法的直升机。
[0006]
根据本发明实施例的纵列式直升机纵向控制方法，包括以下步骤：
[0007]
s1、总距差动悬停控制模式，即分别调整纵列式直升机的前旋翼总距δ
01
和后旋翼总距δ
02
，其中δ
01
＝δ0+δδ，δ
02
＝δ
0-δδ，δ0为总距操纵量，δδ为总距差动量且δδ不为零；
[0008]
s2、总距差动前飞控制模式，即调整前旋翼和后旋翼同时向前倾斜，总距差动量δδ随前飞速度的增加逐渐趋近至零，总距差动前飞控制模式包括：总距差动变俯仰速度控制模式和总距差动俯仰保持速度控制模式；
[0009]
s3、纵向周期变距前飞控制模式，即总距差动量δδ为零，纵列式直升机采用纵向周期变距δ
1s
实现前飞。
[0010]
根据本发明的纵列式直升机纵向控制方法，一方面使直升机重心位置的前后极限增加，更有利于货物运输的摆放；另一方面在重心偏移的情况下可以降低机体的俯仰角，使直升机起降和悬停过程中可以保证更高的姿态水平能力。
[0011]
根据本发明一个实施例的纵列式直升机纵向控制方法，总距差动量δδ满足限幅
条件，即δδ∈[-δδ
max
，δδ
max
]，其中δδ
max
允许的总距最大差动量。
[0012]
根据本发明一个实施例的纵列式直升机纵向控制方法，当纵列式直升机的重心靠前时，δδ大于零，即前旋翼总距δ
01
大于后旋翼总距δ
02
；当纵列式直升机的重心靠后时，δδ小于零，即前旋翼总距δ
01
小于后旋翼总距δ
02
。
[0013]
根据本发明一个实施例的纵列式直升机纵向控制方法，设定第一阈值，当目标速度大于第一阈值时，纵列式直升机从总距差动悬停控制模式切换至总距差动前飞控制模式。
[0014]
根据本发明一个实施例的纵列式直升机纵向控制方法，当纵列式直升机的重心靠前时，纵列式直升机采用总距差动变俯仰速度控制模式，设定第二阈值，当目标速度大于第二阈值时，纵列式直升机由总距差动变俯仰速度控制模式切换至总距差动悬停控制模式，反之，保持当前状态。
[0015]
根据本发明一个实施例的纵列式直升机纵向控制方法，当纵列式直升机的重心靠后时，纵列式直升机采用总距差动俯仰保持速度控制模式，设定第三阈值，当目标速度大于第三阈值时，纵列式直升机由总距差动俯仰保持速度控制模式切换至总距差动悬停控制模式，反之，保持当前状态。
[0016]
根据本发明一个实施例的纵列式直升机纵向控制方法，在总距差动前飞控制模式中，当纵列式直升机的重心靠前时，总距差动量δδ∈[0，δδ
max
]，随着前飞速度的增加，总距差动量δδ逐渐减小至零；当纵列式直升机的重心靠后时，总距差动量δδ∈[-δδ
max
，0]，随着前飞速度的增加，总距差动量δδ逐渐增大至零。
[0017]
根据本发明一个实施例的纵列式直升机纵向控制方法，当总距差动量δδ为零时，纵列式直升机从总距差动前飞控制模式切换至纵向周期变距前飞控制模式。
[0018]
根据本发明一个实施例的纵列式直升机纵向控制方法，当纵向周期变距δ
1s
为零时，纵列式直升机由纵向周期变距前飞控制模式切换至总距差动变俯仰速度控制模式；当机身前倾时，纵列式直升机由纵向周期变距前飞控制模式切换至总距差动俯仰保持速度控制模式。
[0019]
根据本发明的第二方面的直升机，采用了如第一方面任一种所述的纵列式直升机纵向控制方法。所述直升机与上述的纵列式直升机纵向控制方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
[0020]
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0021]
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0022]
图1是根据本发明实施例的纵列式直升机纵向控制方法的示意一图；
[0023]
图2是根据本发明实施例的纵列式直升机纵向控制方法的示意二图；
[0024]
图3是根据本发明实施例的总距差动俯仰保持速度控制模式的示意图；
[0025]
图4是根据本发明实施例的总距差动变俯仰速度控制模式的示意图；
[0026]
图5是根据本发明实施例的纵向周期变距前飞控制模式的示意图。
具体实施方式
[0027]
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0028]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0029]
下面参考图1-图5描述根据本发明实施例的纵列式直升机纵向控制方法。如图1和图2所示，根据本发明实施例的纵列式直升机纵向控制方法，包括以下步骤：
[0030]
s1、总距差动悬停控制模式，即分别调整纵列式直升机的前旋翼总距δ
01
和后旋翼总距δ
02
，其中δ
01
＝δ0+δδ，δ
02
＝δ
0-δδ，δ0为总距操纵量，δδ为总距差动量且δδ不为零；具体地，通过分别调整纵列式直升机前后旋翼的总距操纵，可实现前后旋翼提供的拉力不同，进而达到在悬停时机体姿态水平且旋翼拉力竖直向上。
[0031]
s2、总距差动前飞控制模式，即调整前旋翼和后旋翼同时向前倾斜，总距差动量δδ随前飞速度的增加逐渐趋近至零，总距差动前飞控制模式包括：总距差动变俯仰速度控制模式和总距差动俯仰保持速度控制模式；具体地，在前飞过程中由于直升机的旋翼需要提供前向拉力，即通过前后旋翼的前倾实现，因此在悬停转前飞过程中可以逐渐使前后旋翼的总距操纵相同，这样在保证前飞所需的前向拉力的同时，可以降低前后旋翼的需用功率差异，使前后旋翼的扭矩匹配减少航向的操纵量。
[0032]
s3、纵向周期变距前飞控制模式，即总距差动量δδ为零，纵列式直升机采用纵向周期变距δ
1s
实现前飞。
[0033]
根据本发明的纵列式直升机纵向控制方法，一方面使直升机重心位置的前后极限增加，更有利于货物运输的摆放；另一方面在重心偏移的情况下可以降低机体的俯仰角，使直升机起降和悬停过程中可以保证更高的姿态水平能力。
[0034]
根据本发明一个实施例的纵列式直升机纵向控制方法，总距差动量δδ满足限幅条件，即δδ∈[-δδ
max
，δδ
max
]，其中δδ
max
允许的总距最大差动量。
[0035]
根据本发明一个实施例的纵列式直升机纵向控制方法，当纵列式直升机的重心靠前时，δδ大于零，即前旋翼总距δ
01
大于后旋翼总距δ
02
；当纵列式直升机的重心靠后时，δδ小于零，即前旋翼总距δ
01
小于后旋翼总距δ
02
。
[0036]
根据本发明一个实施例的纵列式直升机纵向控制方法，如图2所示，设定第一阈值，当目标速度大于第一阈值时，纵列式直升机从总距差动悬停控制模式切换至总距差动前飞控制模式。
[0037]
根据本发明一个实施例的纵列式直升机纵向控制方法，如图2所示，当纵列式直升机的重心靠前时，纵列式直升机采用总距差动变俯仰速度控制模式，设定第二阈值，当目标速度小于第二阈值时，纵列式直升机由总距差动变俯仰速度控制模式切换至总距差动悬停控制模式，反之，保持当前状态。
[0038]
根据本发明一个实施例的纵列式直升机纵向控制方法，如图2所示，当纵列式直升
机的重心靠后时，纵列式直升机采用总距差动俯仰保持速度控制模式，设定第三阈值，当目标速度小于第三阈值时，纵列式直升机由总距差动俯仰保持速度控制模式切换至总距差动悬停控制模式，反之，保持当前状态。
[0039]
根据本发明一个实施例的纵列式直升机纵向控制方法，在总距差动前飞控制模式中，当纵列式直升机的重心靠前时，总距差动量δδ∈[0，δδ
max
]，随着前飞速度的增加，总距差动量δδ逐渐减小至零；当纵列式直升机的重心靠后时，总距差动量δδ∈[-δδ
max
，0]，随着前飞速度的增加，总距差动量δδ逐渐增大至零。
[0040]
根据本发明一个实施例的纵列式直升机纵向控制方法，当总距差动量δδ为零时，纵列式直升机从总距差动前飞控制模式切换至纵向周期变距前飞控制模式。
[0041]
根据本发明一个实施例的纵列式直升机纵向控制方法，如图2所示，当纵向周期变距δ
1s
为零时，纵列式直升机由纵向周期变距前飞控制模式切换至总距差动变俯仰速度控制模式；当机身前倾时，纵列式直升机由纵向周期变距前飞控制模式切换至总距差动俯仰保持速度控制模式。
[0042]
进一步地，如图3所示，在总距差动俯仰保持速度控制模式中，通过分别调整前旋翼总距δ
01
和后旋翼总距δ
02
，控制机身姿态尽量保持水平，纵向周期变距δ
1s
用来控制直升机的飞行速度使其与目标飞行速度相同；具体地，直升机的纵向周期变距δ
1s
控制直升机的前飞速度，而由于重心偏移导致的悬停姿态变化由两个旋翼总距差动的方式完成。
[0043]
进一步地，如图4所示，在总距差动变俯仰速度控制模式中，当直升机重心靠前时，通过总距差动变俯仰速度控制实现直升机的前飞控制。具体地，通过调整总距的差动操纵量实现直升机机体前倾，从而带动旋翼前倾，为直升机前飞提供前向拉力，即速度控制器用于根据当前的飞行速度和目标飞行速度得到机体的俯仰姿态角，进而通过调整前旋翼总距δ
01
和后旋翼总距δ
02
控制直升机的姿态，使直升机按照目标速度前飞，随着前飞速度的增加，δδ逐渐减小至0。
[0044]
进一步地，如图5所示，在纵向周期变距前飞控制模式中，此时无论直升机的重心靠前还是靠后，总距差动控制量δδ＝0，两个旋翼的总距相同，其用来控制直升机的飞行高度。通过两个旋翼的纵向周期变距控制直升机的前飞速度。
[0045]
进一步地，对于直升机重心靠前的情况，如果因为目标速度的降低导致纵向周期变距δ
1s
＝0，则使用总距差动前飞控制模式内的总距差动变俯仰速度控制。进一步地，对于直升机重心靠后的情况，由于目标速度降低导致纵向周期变距δ
1s
降低，进而在两个旋翼总距相同的情况下，机体后仰，此时也需使用总距差动前飞控制模式内的总距差动俯仰保持速度控制维持机身水平。
[0046]
综上所述，根据本发明的纵列式直升机纵向控制方法，一方面使直升机重心位置的前后极限增加，更有利于货物运输的摆放；另一方面在重心偏移的情况下可以降低机体的俯仰角，使直升机起降和悬停过程中可以保证更高的姿态水平能力。
[0047]
本发明还提供了一种直升机，该直升机采用了上述的纵列式直升机纵向控制方法，从而具有载货能力更强、飞行的姿态水平能力更高等优点。
[0048]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的
示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0049]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。