越(yuè)南战争(zhēng)后,美国开始在(zài)军用飞机(jī)的概念设计中研究作战生存(cún)力问题(tí),并在多种型(xíng)号的(de)飞机(jī)生产中全面(miàn)贯穿(chuān)了生存力设计思想。生存力(lì)设计(jì)的好坏将直接影响整个(gè)飞(fēi)机系统的效能和费用。虽然我国对生存力(lì)问题的研究尚处(chù)于(yú)初步(bù)研究(jiū)阶段(duàn),但(dàn)飞机的生存力问题已经越来(lái)越(yuè)引起我们的注意,在无人(rén)机领域亦是(shì)如此(cǐ)。无(wú)人机主要执行(háng)战略侦察、监视、空中预警、通信(xìn)中继和电子干(gàn)扰等任务。目前(qián)国际上先进的无(wú)人机大多是续航(háng)时间长、飞行(háng)高度高、作战半径大、装备(bèi)精良和功(gōng)能先进(jìn)的大中(zhōng)型无人机,采用数字计算机控制系统,可实现全过(guò)程自主飞行。此类大中型无人机多搭载大型侦察或攻(gōng)击设备,造成全(quán)机造(zào)价大幅(fú)飙升。以美(měi)国RQ-4“全球鹰”为例,其第(dì)Block20批次的单价已经达到(dào)5800 万美元(yuán),此价格已接(jiē)近(jìn)F16。对于(yú)大中型(xíng)无(wú)人机(jī)而言,低(dī)成本的形象(xiàng)已经彻底颠覆,此(cǐ)时(shí)提高无人机的生存能力便显得格外(wài)有意义。因(yīn)此(cǐ)要求(qiú)无人机(jī)的飞行管理与控(kòng)制系(xì)统具有全程(chéng)、全自主(zhǔ)、全任务的工(gōng)作能力,同(tóng)时还必须有很(hěn)高的生存力。
无人机(jī)在(zài)完成高度、长航时飞(fēi)行任务(wù)时,随着飞行时间的增加,飞行控制系统出现故障的概率也在(zài)不断增加,具体表现如飞行控制计算机故障、舵机故障、舵(duò)面(miàn)损伤以及机载(zǎi)传感器故障等(děng)。为了(le)使无(wú)人机在受到非致命性(xìng)损伤和故障(zhàng)情况时(shí)仍能够(gòu)完成侦察任务或安全返回,需要研(yán)制(zhì)一(yī)种(zhǒng)高可靠性、高生存力的飞行控制系统。
解决办法 保证无人机高(gāo)生(shēng)存力的核心是要(yào)构成一个可(kě)重(chóng)构飞行控制系统(Restructurable Flight ControlSystem,RFCS)[2],以及采(cǎi)用余度技术。一般(bān)说来, 实现故障安全的方法有:
(1)把故障(zhàng)影响减小到最低(dī)限(xiàn)度,即设(shè)计一个无人机(jī)鲁(lǔ)棒(bàng)飞控系(xì)统,当故障产生后使其对整体(tǐ)性能不产生显(xiǎn)著(zhe)影响;
(2)增加余度设备和机构;
(3)改变故障隔离后剩(shèng)余系统的运行(háng)规则,进(jìn)行补偿。
方法1 主要针对系统出现不严重的故障。
方法2 适用于成(chéng)本较低、易于维护且余(yú)度设备在(zài)无(wú)人机(jī)承载能力范围(wéi)内的情况。
方(fāng)法(fǎ)3 应(yīng)用情况(kuàng)较全面。
RFCS 方案 RFCS 方案的基本组成:
(1)故(gù)障的检测与识别(F a u l tDe t e c t i o n a n d I d e n t i f i c a t i o n ,FDI)。确(què)定故障性质(zhì)、地点和程度。
(2)飞行控制(zhì)系统的再设(shè)计。在(zài)所得(dé)到的信息基础(chǔ)上,使用剩余的(de)部件和元件,补偿故障元部(bù)件(jiàn)功能,改变反馈增益,进一步附(fù)加(jiā)新(xīn)的控制回路进行(háng)控制(zhì)律的修(xiū)正(zhèng)。
(3)构(gòu)成能(néng)够(gòu)承受轻微故障和环境改变的鲁棒飞行控(kòng)制系统(tǒng)。
当舵面损坏或出现故障时,通过重组(Reconfiguration) 提供余度舵面。舵(duò)面重组是指当飞机的操纵面发生(shēng)故障时,重新组织飞机构造(zào)形式的一种技术措施。采用控(kòng)制工程的概念,重组是(shì)指通(tōng)过控(kòng)制(zhì)器结构(gòu)和参数(shù)的变化(huà)来改变控制器与被控对象之间的输入(rù)- 输出关系。
余(yú)度技(jì)术
余度技术的基本思想(xiǎng)是增加余度资源、提(tí)高可靠性。余度资源包(bāo)括:飞控计算(suàn)机硬件和软件余(yú)度、时间重复、信息(xī)余度(传(chuán)感器余度)以及设置余度(dù)逻辑状态等。从(cóng)相反的一(yī)面来看(kàn),增加余度(dù)资源的同时也增加了系统的(de)复杂程度,增加了系统的出错率。如果设计不当,系统可靠性反而会(huì)下降。所以(yǐ)方(fāng)案设计上就需要在资源和可靠性(xìng)指标之间进行折中。
通常飞机的生存力还包(bāo)括战伤(shāng)抢修性,即遭到(dào)损伤后能以应急(jí)手段(duàn)和维修方法(fǎ)使得飞机恢复到完成某种(zhǒng)任务所需(xū)的功能或自救(jiù)的能力。由于无人(rén)机系统在(zài)执行侦查作战任务期间一旦发生故(gù)障,不可能像(xiàng)普通(tōng)飞(fēi)机那样实时排(pái)除并修复(fù)故障。所以(yǐ)在进行无人机可重构飞(fēi)行控制系统可靠性预(yù)计和分配时(shí),必须考虑无人机的(de)特(tè)殊性。
以某型飞控系(xì)统(tǒng)为例,该飞控(kòng)系(xì)统设计为三余度(dù)飞(fēi)控系统[3],它具有余度管理(lǐ)功能。在飞机(jī)飞控系(xì)统发生(shēng)故(gù)障(包括飞机的舵面、机载传感器、飞行(háng)控(kòng)制计算机等故障)时(shí),能够继续完成无人机的侦查作战任务(一(yī)次故障工作);在飞(fēi)机飞控系统发(fā)生二次故障时(shí),应至少(shǎo)保(bǎo)持(chí)稳(wěn)定和安全(二次(cì)故障安全)。此时(shí),可控制飞机返回机场。
无人机(jī)采用了(le)硬件余度和软件余度相结合的方式。硬(yìng)件余度包括(kuò):操纵面的余度配置、三余度飞控计算机和多余度传感器等;软件余(yú)度包括相似余度计算机(jī)软(ruǎn)件和解析余度传感器。

咨(zī)询航拍(pāi)服务可加昆明劲(jìn)鹰(yīng)无人(rén)机飞控手老鹰的微信laoyingfly |