06-国外无人直升机及其关键技术发展(曹喜金)

其次十四届〔2023〕全国直升机年会论文国外无人直升机及其关键技术的开展曹喜金万俊保〔中国直升机设计争论所〕摘要：本文概述了国外无人直升机的开展历程及其不同开展阶段的主要特征，分析了无6个方面对国外无人直升机关键技术的争论思路、方法和获得的成果以及技术开呈现状进展了全面的综合分析和争论，包括总体设计、固有特性、飞行掌握、航空电子、动力装置以及机载武器，最终，提出了可供国内有关人员参考借鉴的一些结论。概述3特征：时期无人直升机主要特征表1 时期无人直升机主要特征第一个2050年月以系留旋翼平台，构造简洁，任务载荷功能单一，开展阶前没有简单的飞行掌握系统100米以下，段平台简洁的平移运动第二个2050年月到视距内/超视距遥控飞行，传统构型或共轴构型，开段展阶年月处于停滞状1000千克以下，150千米/3小时以内态第三个2080年月以飞行掌握技术有了较大突破，有限自主飞行，预开段展阶后200千米/3200千米，长航时、远航程无人直升机的关键技术包括以下几个方面：1〕总体设计技术；2〕固有特性争论；3〕飞行掌握技术；4〕航空电子技术；5〕动力装置，即发动机选择与掌握技术；6〕战斗无人直升机的机载武器，包括这些武器的特点、性能要求以及使用等。无人直升机总体设计技术无人直升机的构型选择与其任务包线亲热相关31类任务—2类任务—低速/悬停、需用功率〔千瓦〕纵列旋翼直升机共轴旋翼直升机常规直升机倾转旋翼机前飞速度〔千米/需用功率〔千瓦〕纵列旋翼直升机共轴旋翼直升机常规直升机倾转旋翼机前飞速度〔千米/小时〕常规直升机构型是最适宜的。在第三类任务中，组合构型就成为最好的选择。从速度、重量、紧凑性和本钱方面来考虑，升力与推力组合构型是最好的选择。1不同构型无人直升机需用功率比较以双旋翼共轴构型和常规构型无人直升机执行一样的11个阶段的山区侦察任务为要比常规无人直升机的大，最大相差约20千瓦[2]。倾转旋翼机诱导功率〔千瓦〕常规直升机共轴旋翼直升机纵列旋翼直升机前飞速度〔千米/小时〕这252.5千克。在整个任务过程中，双旋翼共35.37倾转旋翼机诱导功率〔千瓦〕常规直升机共轴旋翼直升机纵列旋翼直升机前飞速度〔千米/小时〕2不同构型无人直升机诱导功率比较无人直升机固有特性分析特性，再通过模拟，或利用比较成熟的无人直升机〔应用较多的是日本雅马哈R-50〕常数的识别，并在此根底上进展无人直升机的设计，开发飞行掌握律[3]。22程。66垂向运动自由度以及俯仰、横滚和偏航运动自由度。的动态耦合。事实已经证明：假设无视这种耦合影响，那么，在中等到高频范围，就会的，但它同样适用于无人直升机。其它系统如作动器、发动机/传统系统以及操纵增稳〔包括主动偏航阻尼系统或希勒伺服小翼〕的动力学特性也要考虑在内。系统参数识别的主要目的是找出数学建模所承受的物理参数是频率响应综合识别技术。无人直升机飞行掌握技术技PID技术

神经网络PID平术 智能掌握水

现代掌握50 60 70 80 90年 代3无人直升机飞行掌握技术的开展传统飞行掌握系统的根本设计策略是利用增益调参对无人直升机系统的非线性进应状态反响掌握、伪掌握Hedging自适应掌握以及输出反响自适应掌握等。2090年月，人们开头为无人直升机开发智能掌握技术。虽然说现代无人直升机还没有完全承受智能掌握，大局部在役的无人直升机也只是在传统掌握技术的根底无人直升机的智能掌握技术主要包括神经网络〔NN〕PID掌握和神经网络自适应掌握[4[7。无人直升机的航空电子与机载设备站，由地面操作员进展遥控操作，以此掌握无人直升机的姿势、位置及速度等。的方向开展[8]无人直升机开放式构造航空电子设计主要涉及以下几个方面：1〕软件、接口以及硬件标准的选择，要确保接口的可移植性、可扩缩性、互操作性以及公用性；2〕各种不同功能的集成，尽可能削减模块数量和功率消耗；3〕尽可能选用商用货架产品，降低本钱。指挥掌握站可以说是无人直升机系统的中枢3个功能：任务方案、任务掌握以及数据处理。无人直升机动力装置现有无人直升机承受的动力装置可分为2塞发动机和转子式活塞发动机，另一类就是涡轴发动机。通过对国外近30种典型无人直升机的统计，其中，最大起飞重量不超过1000千克的约占80%，承受活塞发动机的70%。由此可见，活塞发动机是无人直升机最主要的动力装置。机选择动力装置时，根本都遵循以下几个：1〕发动机技术成熟度2〕发动机与无人直升机的匹配性3〕发动机性能与用户经济可承受性的设计方法与飞行掌握系统的根本相像。对中型及以上的无人直升机而言，由于其发动机要求相对大一些〔一般功率在100的无人直升机来说，由于其发动机要求比较小〔一般功率在1002蓄电池和燃料电池。在蓄电池方面，最有可能实现高能比的就是锂蓄电池。所承受的中、小型发动机使用。特别是对活塞发动机来说，因其自身的内部构造所限，重油作为无人直升机发动机的燃料已成为一种开展趋势[9]。战斗无人直升机及其武器系统迄今为止，世界上还没有任何一种战斗无人直升机进入部队服役并投入实战使用。展的一个重要方向。那么相差甚远。从美国开展研制及用于武器放射试验的无人直升机来看1000千克的平台。够承受所悬挂的武器以及武器放射时产生的冲击载荷大的处理速度和存储容量等。到目前为止，美国海军和陆军只是在MQ-8B“火力侦察兵〞、“治安员〞等极少数无人直升机上进展过武器放射试验。战斗无人直升机的武器系统根本上可选用成熟的、武装直升机所使用的那些武器，其中包括机枪、航炮、火箭、和炸弹等，不过，应尽可能使这些武器小型化，以适应战斗无人直升机的要求。美国波音公司负责“先进陆军和直升机系统〞工程的高级职员卡拉蒙透露，该公司HPM〕装置。的技术已经解决了这类武器的动力装置问题453千克。看来，战斗无人直升机携带这类武器的设想变成现实确实为时不远。完毕语作为一种具有宽阔应用前景的高技术空中平台分析和争论，可以得出以下一些重要结论：1〕准确的数学建模和自主飞行掌握系统的开发是目前国外无人直升机开展的2大实现无人直升机的完全自主飞行奠定技术根底；2〕传统的有人直升机的分析理论、计算方法和应用阅历适用于常规无人直升机的争论，如叶素理论、涡流理论、计算流体动力学等，不过，在具体应用过程中必需考虑无人直升机固有的特性。3〕有人直升机研制、试验的工具与方法，如风洞试验、模拟试验等，也适用于无将来相当长时期内仍将是研制无人直升机的一种重要的工具。4机载武器等，不过，需要对这些部件进展小型化处理，以便更适合用于无人直升机。5〕从国外状况来分析，目前，特地为无人直升机研制的机载设备、系统及武器还格外少，可以说几乎没有，不过，可以估量，在不久的将来，这类争论工作将开头受到可以燃烧重油的摆盘〞发动机就是一个很好的例证。6〕除了技术因素以外，无人直升机关键技术的突破还是一项长期的、需要大投入的争论活动。参 考文 献forunmannedapplication,RPVSVol.1P.-M.Basset J.Deslous,PerformancescomparisonsofdifferectrotarywingUAVconfigurations,31ERF,2023MathemeaticalModelingandExperimentalIdentificationofaModelHelicopter,AIAA-98-4357Kadmiry,FuzzyControlforanUnmannedHelicopter,ISSN0280-7971BernadMettler,MarkB.Tischler,TakeoKanade,SystemIdentificationofSmall—SizeUnmannedHelicopterDynamics,55thAHSInternationalAnnualForumProceedings,May,1999BernadMettler,MarkB.Tischler,TakeoKanade,SystemIdentificationofSmall—SizeUnmannedRotorcraftforFlightControlDesign,58thAHSInternationalAnnualForumProceedings,May,2023JasonD.Colbourne,CalPolyFoundation,SystemIdentificationandControlSystemDesignfortheBURROAutono