[发明专利]一种复合翼无人机起降阶段航向控制方法

说明书

本发明公开了一种复合翼无人机起降阶段航向控制方法，所述航向控制方法由通用航向角控制方法和起飞降落各个阶段相应的航向角控制策略组成。本发明能使飞机有效保持起飞前选择的逆风状态，同时能有效抵抗突风对航向角的干扰，并且确保飞机按预设的安全路径完成旋翼到固定翼模式的转换，保证飞行安全；降落过渡飞行、旋翼移动和降落悬停阶段，航向自由跟风，可以确保旋翼有更多的控制能力用于俯仰和滚转姿态控制，保证飞行安全；并实现垂直下降末段，飞机降落接地时刻，航向角速率接近0，有效保护了起落架折损。

技术领域

本发明涉及一种控制方法，特别涉及一种复合翼无人机起降阶段航向控制方法，属于复合翼无人机技术领域。

背景技术

目前复合翼无人机已成为热点，在测绘、巡线、侦察、货物运输等领域有大量应用。复合翼无人机典型的飞行模式为旋翼模式起飞、固定翼巡飞、旋翼模式降落。

复合翼无人机兼有固定翼和多旋翼的特点。相比多旋翼无人机，复合翼无人机的机翼和尾翼在不同的风向下，航向气动力区别很大。典型的风向如图1所示，逆风区，航向力矩线性度好且是静稳定的，气动干扰最小；侧风区，航向力矩很大，有明显的非线性，气动干扰影响较大；顺风区，航向力矩较大，有明显的非线性且是静不稳定，气动干扰最大。

复合翼无人机旋翼模式下，俯仰通道和滚转通道的控制能力较强，而且响应较快，而航向控制能力较弱(大约相当于前者的1/6)。

结合复合翼无人机旋翼模式的航向气动以及旋翼控制能力的固有特性，为了确保复合翼无人机飞行安全，提高抗风风力等级，在起降阶段，应尽量保证无人机处于逆风状态，避免顺风状态。这是因为在逆风状态下，无人机气动力的航向力矩很小，且是静稳定的，此时旋翼在航向通道分配的油门较小，且飞机航向姿态也是静稳定；在侧风、顺风状态下，无人机气动力的航向力矩较大，且是静不稳定的，此时旋翼在航向通道分配的油门较大，不稳定的气动干扰将明显影响飞机航向稳定性，严重时将引起航向姿态振荡发散，影响飞行安全。因此，合理的起降策略及航向控制方法，是提高复合翼无人机起降阶段抗风能力的关键。

当前的复合翼无人机旋翼模式起飞(如图2)通常包含垂直爬升(垂直爬升到安全高度)、起飞悬停(等待姿态稳定)、起飞过渡飞行(由旋翼过渡为固定翼)阶段；旋翼模式降落(如图3)包含降落过渡飞行(由固定翼过渡为旋翼)、旋翼移动(移动到降落点上空)、降落悬停(等待姿态稳定)、垂直下降(垂直下降到地面)阶段。当前，大多数的复合翼无人机在起飞前就设定好了降落航线。起飞时通常选择空旷的场地逆风起飞，飞行风险较小。降落时，由于风向相比起飞时可能发生了变化，导致降落航线处于侧风或顺风状态。

当前的复合翼无人机起降阶段的航向控制策略通常为锁定航向，少数无人机采用航向自由跟风。锁定航向的方法具有使用简单的优点，但当风向处于侧风或顺风状态下，风速较大时，锁定航向不但消耗较多的旋翼控制能力，导致航向通道的控制油门很高，不稳定的气动干扰还将诱导飞机姿态振荡，严重时将影响飞行安全。

航向自动跟风的策略，能使飞机自动跟随风向偏转，处于逆风状态；但在起飞时，航向不锁定，起飞过渡飞行(旋翼过渡到固定翼)的飞行路径受到风的影响较大，严重时飞行路径将偏离安全区域，存在安全隐患；同时在降落的末段(飞机离地面高度5米到着陆)，航向的自由转动会增加降落时起降架损坏的风险。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合翼无人机起降阶段航向控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种复合翼无人机起降阶段航向控制方法，其特征在于，所述航向控制方法由通用航向角控制方法和起飞降落各个阶段相应的航向角控制策略组成；