專利名稱：一種無(wú)人機(jī)進(jìn)場(chǎng)著陸下滑通道設(shè)計(jì)與下滑軌跡調(diào)整方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于飛行控制技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種飛機(jī)進(jìn)場(chǎng)著陸下滑通道設(shè)計(jì)與五邊航線下滑軌跡調(diào)整方法。
背景技術(shù)：
五邊航線是一種基本的起落航線，五邊航線由以下五條邊組成，如圖1所示:第一邊(離場(chǎng)邊)、第二邊(側(cè)風(fēng)邊，與跑道方向成90度)、第三邊(下風(fēng)邊，方向與跑道起飛方向反向平行)、第四邊(基線邊，與跑道垂直)、第五邊(進(jìn)場(chǎng)邊，與起飛方向相同)。由于五邊航線有五條邊，因此該五邊航線通常由六個(gè)點(diǎn)連接構(gòu)成；在平飛高度的選擇及航點(diǎn)的編排時(shí)，需要綜合考慮機(jī)場(chǎng)的地理位置、飛機(jī)的下滑線角度等因素。對(duì)于常規(guī)飛行器來(lái)說(shuō)，五邊航線的進(jìn)場(chǎng)著陸段軌跡由下滑及拉平兩個(gè)不同階段組成，如圖2，在下滑過(guò)程中飛行器以固定的下滑角和恒定的下滑速度進(jìn)行下滑，故又可稱為平衡下滑段，當(dāng)高度低于一定值后進(jìn)行拉平(一般指數(shù)拉起)操作，目的是減小飛行器觸地(到達(dá)著陸點(diǎn))時(shí)的下沉率，保證著陸安全。在飛機(jī)進(jìn)行最后的下滑著陸時(shí)，由于種種原因，現(xiàn)有的方案大都選取-2.5°作為平衡下滑段的航跡傾角。該種方案雖然使用起來(lái)簡(jiǎn)單，但是由于下滑線角度固定，導(dǎo)致下滑距離隨著平飛高度的增加而呈線性增加，對(duì)于周圍地勢(shì)平坦的機(jī)場(chǎng)來(lái)說(shuō)可以實(shí)現(xiàn)，然而由于某些機(jī)場(chǎng)的特殊地理?xiàng)l件，并不能按照傳統(tǒng)方案順利實(shí)施，比如在機(jī)場(chǎng)周圍有高的障礙物時(shí)，若以-2.5°的下滑航跡傾角進(jìn)行進(jìn)場(chǎng)著陸就會(huì)有撞機(jī)的危險(xiǎn)；此外在有些情況也需要在平飛高度一定的情況下，對(duì)飛機(jī)的進(jìn)場(chǎng)段下滑距離進(jìn)行調(diào)整，利用傳統(tǒng)的固定下滑航跡傾角的方法均不能完成所提出的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中需要對(duì)下滑距離和下滑航跡傾角進(jìn)行調(diào)整的問(wèn)題，提供一種飛機(jī)進(jìn)場(chǎng)著陸下滑通道設(shè)計(jì)與五邊航線下滑軌跡調(diào)整方法，所述的方法首先根據(jù)飛機(jī)的氣動(dòng)特性以及發(fā)動(dòng)機(jī)特性，規(guī)劃出滿足著陸條件的下滑通道；然后根據(jù)機(jī)場(chǎng)的現(xiàn)場(chǎng)條件及實(shí)際需要，確定出合理的平飛高度以及飛機(jī)的進(jìn)場(chǎng)下滑距離，通過(guò)改變飛機(jī)進(jìn)場(chǎng)著陸平衡下滑段航跡傾角的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)下滑距離和下滑航跡傾角的調(diào)整，有效避開(kāi)障礙物對(duì)飛機(jī)進(jìn)場(chǎng)著陸的影響；最后采用軌跡延拓的方法得到飛機(jī)的動(dòng)壓、速度、迎角、升降舵偏角等參數(shù)沿軌跡的變化曲線，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的安全著陸。本發(fā)明提供的一種無(wú)人機(jī)進(jìn)場(chǎng)著陸下滑通道設(shè)計(jì)與下滑軌跡調(diào)整方法，包括如下步驟:第一步，根據(jù)固定航跡傾角和發(fā)動(dòng)機(jī)推力為零，分別確定飛機(jī)下滑通道的下邊界和上邊界；具體為:將航跡傾角為-2.5°時(shí)對(duì)應(yīng)的下滑軌跡作為下滑通道的下邊界；發(fā)動(dòng)機(jī)的推力為O時(shí)對(duì)應(yīng)的下滑軌跡作為下滑通道的上邊界；第二步，根據(jù)五邊航線上障礙物的高度，調(diào)整五邊航線，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)安全著陸。具體分兩種情況，第一種，當(dāng)著陸跑道反向延長(zhǎng)線存在可飛躍障礙物，則增加平飛高度并增大航跡傾角后進(jìn)行下滑，此時(shí)下滑距離不變，如圖3所示；第二種，當(dāng)著陸跑道反向延長(zhǎng)線存在不可飛躍障礙物，則減少下滑距離并增大航跡傾角后進(jìn)行下滑，此時(shí)平飛高度不變，如圖4所示。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:(I)給出了設(shè)計(jì)常規(guī)飛行器下滑通道的方法，并據(jù)此得到下滑通道的上邊界和下邊界；(2)給出了適用于一般五邊航線平飛高度及下滑距離的調(diào)整方法，更加適合于具有障礙物影響著陸的情況，提高著陸安全性；(3)設(shè)計(jì)和調(diào)整過(guò)程簡(jiǎn)單，便于應(yīng)用。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中五邊航線示意圖；圖2為現(xiàn)有常規(guī)飛行器按照五邊航線進(jìn)場(chǎng)著陸的下滑通道示意圖；圖3是五邊航線上具有可飛躍障礙物時(shí)平飛高度需要調(diào)整的下滑軌跡示意圖；圖4是五邊航線上具有不可飛躍障礙物時(shí)下滑距離需要調(diào)整的下滑軌跡示意圖；圖5是實(shí)施例飛機(jī)的下滑通道設(shè)計(jì)上邊界和下邊界結(jié)果示意圖；圖6是實(shí)施例調(diào)整后五邊航線的俯視圖；圖7是實(shí)施例調(diào)整后進(jìn)場(chǎng)著陸軌跡的側(cè)視圖；圖8是實(shí)施例飛機(jī)沿調(diào)整后軌跡延拓的速度剖面；圖9是實(shí)施例飛機(jī)沿調(diào)整后軌跡延拓的迎角剖面；圖10是實(shí)施例飛機(jī)沿調(diào)整后軌跡延拓的升降舵偏角剖面圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。本發(fā)明提供的應(yīng)用于調(diào)整五邊航線的平飛高度以及下滑距離的原理是:考慮一個(gè)飛機(jī)以一個(gè)基本的五邊航線的方式進(jìn)行正向飛行，如圖6所示，在不考慮逆向著陸的情況下，飛機(jī)沿航點(diǎn)O點(diǎn)-1點(diǎn)-2點(diǎn)-3點(diǎn)-4點(diǎn)-5點(diǎn)的順序進(jìn)行飛行。在設(shè)計(jì)平飛高度及進(jìn)場(chǎng)段的下滑距離時(shí)需要考慮跑道延長(zhǎng)線上的障礙物(如圖7中所示)，障礙物分為可飛躍障礙物和不可飛躍障礙物，可飛躍障礙物主要影響五邊航線的平飛高度，而不可飛躍障礙物主要對(duì)飛機(jī)進(jìn)場(chǎng)段的下滑距離的選擇有要求。為了使飛機(jī)能夠安全的進(jìn)場(chǎng)著陸，需要采用本發(fā)明提供的方法對(duì)飛行五邊航線的平飛高度以及下滑距離進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。本發(fā)明提供的飛機(jī)進(jìn)場(chǎng)著陸下滑通道設(shè)計(jì)與五邊航線下滑軌跡調(diào)整方法具體包括如下步驟:第一步:設(shè)計(jì)飛機(jī)進(jìn)場(chǎng)著陸下滑通道的上邊界和下邊界；由于飛機(jī)進(jìn)場(chǎng)著陸段的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性和動(dòng)態(tài)限制條件，進(jìn)場(chǎng)著陸的下滑軌跡(主要是航跡傾角)并不能隨意調(diào)整，調(diào)整后的下滑軌跡必須能夠滿足著陸時(shí)的速度、迎角、姿態(tài)等要求。為了給下滑軌跡調(diào)整提供限制范圍，因此需要根據(jù)飛機(jī)的縱向氣動(dòng)特性以及發(fā)動(dòng)機(jī)特性設(shè)計(jì)下滑通道；而不同的下滑軌跡對(duì)應(yīng)著飛機(jī)不同的升阻比，對(duì)于常規(guī)的有人機(jī)和無(wú)人機(jī)來(lái)說(shuō)，影響平衡下滑過(guò)程中升阻比的主要因素是發(fā)動(dòng)機(jī)推力，因此通過(guò)改變發(fā)動(dòng)機(jī)推力可以得到不同的升阻比，從而得到不同的下滑軌跡。對(duì)于常規(guī)飛機(jī)，由于通常情況下航跡傾角均選為-2.5°，因此本發(fā)明中將航跡傾角為-2.5°時(shí)對(duì)應(yīng)的下滑軌跡作為下滑通道的下邊界。而發(fā)動(dòng)機(jī)的推力為O時(shí)，飛機(jī)的升阻比最小，所對(duì)應(yīng)的下滑通道的航跡傾角最大，此時(shí)的下滑軌跡是無(wú)動(dòng)力下滑，因此本發(fā)明中將此時(shí)對(duì)應(yīng)的下滑軌跡作為下滑通道的上邊界；下面分別對(duì)航跡傾角為-2.5°時(shí)，以及發(fā)動(dòng)機(jī)推力為O時(shí)，下滑軌跡的設(shè)計(jì)進(jìn)行具體說(shuō)明:a、航跡傾角為-2.5°時(shí)，下滑軌跡設(shè)計(jì)；飛機(jī)下滑過(guò)程中在航跡坐標(biāo)系下的縱向運(yùn)動(dòng)學(xué)方程為:
權(quán)利要求
1.一種無(wú)人機(jī)進(jìn)場(chǎng)著陸下滑通道設(shè)計(jì)與下滑軌跡調(diào)整方法，其特征在于，包括如下步驟: 第一步，根據(jù)固定航跡傾角和發(fā)動(dòng)機(jī)推力為零，分別確定飛機(jī)下滑通道的下邊界和上邊界；具體為:將航跡傾角為-2.5°時(shí)對(duì)應(yīng)的下滑軌跡作為下滑通道的下邊界；發(fā)動(dòng)機(jī)的推力為O時(shí)對(duì)應(yīng)的下滑軌跡作為下滑通道的上邊界； 第二步，根據(jù)五邊航線上障礙物的高度，調(diào)整五邊航線，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)安全著陸；具體分兩種情況，第一種，當(dāng)著陸跑道反向延長(zhǎng)線存在可飛躍障礙物，則增加平飛高度并增大航跡傾角后進(jìn)行下滑，此時(shí)下滑距離不變；第二種，當(dāng)著陸跑道反向延長(zhǎng)線存在不可飛躍障礙物，則減少下滑距離并增大航跡傾角后進(jìn)行下滑，此時(shí)平飛高度不變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無(wú)人機(jī)進(jìn)場(chǎng)著陸下滑通道設(shè)計(jì)與下滑軌跡調(diào)整方法，其特征在于:第一步中，航跡傾角為-2.5°時(shí)，下滑軌跡設(shè)計(jì)； 飛機(jī)下滑過(guò)程中在航跡坐標(biāo)系下的縱向運(yùn)動(dòng)學(xué)方程為:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無(wú)人機(jī)進(jìn)場(chǎng)著陸下滑通道設(shè)計(jì)與下滑軌跡調(diào)整方法，其特征在于:第二步中，對(duì)于第一種情況，航跡傾角的最小值
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種無(wú)人機(jī)進(jìn)場(chǎng)著陸下滑通道設(shè)計(jì)與下滑軌跡調(diào)整方法，屬于飛行控制技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明根據(jù)飛機(jī)的氣動(dòng)特性以及發(fā)動(dòng)機(jī)特性，規(guī)劃出滿足著陸條件的下滑通道；然后根據(jù)機(jī)場(chǎng)的現(xiàn)場(chǎng)條件及實(shí)際需要，確定出合理的平飛高度以及飛機(jī)的進(jìn)場(chǎng)下滑距離，通過(guò)改變飛機(jī)進(jìn)場(chǎng)著陸平衡下滑段航跡傾角的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)下滑距離和航跡傾角的調(diào)整，有效避開(kāi)障礙物對(duì)飛機(jī)進(jìn)場(chǎng)著陸的影響；最后采用軌跡延拓的方法得到飛機(jī)的動(dòng)壓、速度、迎角、升降舵偏角等參數(shù)沿軌跡的變化曲線，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的安全著陸。本發(fā)明給出了適用于一般五邊航線平飛高度及下滑距離的調(diào)整方法，更加適合于具有障礙物影響著陸的情況，提高著陸安全性；設(shè)計(jì)和調(diào)整過(guò)程簡(jiǎn)單，便于應(yīng)用。
文檔編號(hào)G05D1/10GK103197682SQ20131009295
公開(kāi)日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月22日
發(fā)明者王宏倫, 裴云峰, 蓋文東, 向錦武 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)