[发明专利]应急返场着陆速度指令集设计方法

说明书

本发明属于飞行控制技术，提出一种应急返场着陆速度指令集设计方法，包括：(1)构建质量、滚转角、机场高度、高度、速度参数网格，计算飞机匀速下滑的攻角、升降舵、升阻比、轨迹角、下沉率，确定随质量、滚转角、机场高度、高度变化的最大升阻比速度和空滑最大可用速度，对最大升阻比速度和空滑最大可用速度之间的速度范围进行N+1等分，加上最大升阻比速度和空滑最大可用速度，共建立N+2档速度指令集，每档速度指令集的内容包括该档速度对应的攻角、升降舵、升阻比、轨迹角、下沉率；(3)飞机记录所述N+2档速度指令集，当飞机应急返场时，根据飞机质量、机场高度、高度、速度以及与机场的距离，选择适合的速度指令集档位执行。

技术领域

本发明属于飞行控制技术，具体涉及一种飞机无动力返场着陆自主制导控制技术。

背景技术

当飞机在空中出现发动机停车故障时，飞机性能降级，只能做下滑飞行。为保障飞行安全，需要对飞机的速度进行控制修改飞行轨迹，避免出现轨迹过度上拉导致失速的情况，同时亦可以调节飞机滑翔的升阻比尽可能将飞机降落在机场跑道上。文献《轮式起降无人机应急着陆控制律设计》给出了一种空滑返回着陆问题的难点分析和解决途径：1)在过渡飞行阶段中采用最大升阻比速度下滑飞行，最大化飞机的可飞行距离，确保在多种不确定性和干扰因素下飞机仍能够具有到达机场附近的能力；2)当飞机的可飞距离过长，即到达机场附近时能量过高时，采用盘旋降高的方式消耗多余的能量。该方案物理意义明确，操作简单。但是在应用于工程实际时缺乏对以下三个问题的考虑：1)在空滑返回的过程中，要进行发动机空中启动，以最大升阻比滑翔可能无法达到发动机空起的速度条件；2)如果采用最大升阻比速度下滑，在可飞速度范围内飞行速度应偏小，相比其它速度而言，飞行距离和时间都相对较长，可能飞机尚未滑至机场电池就已经消耗殆尽，依然无法安全着陆。3)发动机空中停车的条件不确定，对于相同高度但远近、能量状态不同的停车情况，实际飞行距离却相差无几，下滑速度策略不够灵活。

发明内容

本发明的目的是：本发明提出一种应急返场着陆速度指令集设计方法，能够为空滑制导律提供更灵活多变的指令选择方案，提高空滑时间小于电池可用时间的可行性。

本发明的技术方案是：一种应急返场着陆速度指令集设计方法，包括：

(1)构建质量、滚转角、机场高度、高度、速度参数网格，计算飞机匀速下滑的攻角、升降舵、升阻比、轨迹角、下沉率，确定随质量、滚转角、机场高度、高度变化的最大升阻比速度和空滑最大可用速度，对最大升阻比速度和空滑最大可用速度之间的速度范围进行N+1等分，加上最大升阻比速度和空滑最大可用速度，共建立N+2档速度指令集，每档速度指令集的内容包括该档速度对应的攻角、升降舵、升阻比、轨迹角、下沉率；

(3)飞机记录所述N+2档速度指令集，当飞机应急返场时，根据飞机质量、机场高度、高度、速度以及与机场的距离，选择适合的速度指令集档位执行。

在步骤(1)与步骤(3)之间包括：

(2)用发动机空中重启和空滑着陆所需的高度与速度的对应关系修正N+2档速度指令集，并更新每档速度指令集的内容，包括该档速度对应的攻角、升降舵、升阻比、轨迹角、下沉率。

步骤(1)包括：

(11)在飞机质量m、机场高度gnd、滚转角φ、高度H、速度V可变化范围内，构建计算网格；

(12)在计算网格各点，利用带滚转角的配平条件进行飞机匀速下滑性能的计算：

其中：W＝mg为飞机的重力，g为重力加速度；L、D为飞机的升力和阻力，M_y为飞机的俯仰力矩，均为随攻角α、升降舵δ_e，高度H和速度V变化的气动参数。θ为飞机的俯仰角；