[发明专利]用于有人驾驶飞行器的控制系统的响应模式

说明书

发明领域

本发明一般涉及使用致动器的反馈和命令信号来重定向飞行器（craft）的有人驾驶飞行器的控制系统，尤其涉及在引入高度增稳的响应模式和最小增稳的响应模式的优点的同时避免每一种模式的缺点的响应模式。

背景技术

飞行控制定律设计的领域是蕴含在机动性与稳定性之间的权衡中的。虽然理论上在每种情况下可以通过允许领航员操作每一个控制面和油门至最大致动范围来提供航空器的最优响应性，然而这在实践中一般并不是理想的，这其中的部分原因在于在给定控制元件、环境和航空器的即时方位和运动的相互关系的情况下的不安全的行动组合，此外其原因还在于在同时控制多个舵面来保持航空器的稳定性的过程中会包含非常高的工作负担。通常，要想实现一种在不需要非常高的工作负担而在保持多种状况中的稳定性的同时允许领航员安全高效地操作航空器的平衡是非常困难的。一种用于打破这种权衡的已知技术是定义不同的响应模式，其中所述响应模式通常会为处于相应工作状况范围的领航员提供适当的工作负担和适当的机动性。

对于旋翼飞机来说，在一些工作状况中需要高的增稳等级（甚至是由设计标准规定的），而在其他状况中则需要低的增稳等级。例如，在降级的视觉环境中，通常选择的是具有高稳定性等级的模式，而在视觉提示良好的状况中则通常会为飞行指定低的增稳等级。这些模式具有相反的目标：响应于命令的变化，增稳的响应模式的响应较慢，但是它会将来自与环境的交互的干扰的效应减至最小，相比之下，高机动性模式提供了更高的响应性，但其也会更多地会受到环境的影响。最小增稳的响应模式能使领航员在操纵飞行器方面更加积极并且更加精确，而高度增稳的模式则提供了与较高的稳定性相关联的安全性，此外，由于只需要较少努力即可持续平衡和制衡用以稳定航空器的控制，所述模式还减小了领航员的工作负担。通常，在提示糟糕的环境中，由于缺少视觉参考，领航员往往不会尝试积极地操纵航空器。举例来说，在拍摄、提升或操纵对象的时候，还可以期望高度增稳的模式。

以响应类型著称的旋翼飞机控制系统的响应模式确定旋翼飞机如何响应给定的领航员输入。对现代旋翼飞机而言，在提高增稳等级（稳定性）的过程中，横轴和纵轴响应类型是：速率衰减（RD），其中机身角速度（横摇和纵摇）与领航员摄取（操纵杆）位移成比例；姿态命令/姿态保持（ACAH），其中机身角度（横摇和纵摇）与操纵杆位移成比例；以及平移速率命令（TRC），其中航空器速度（空速或地速）与操纵杆位移成比例。

在包括电传飞控旋翼飞机的现代旋翼飞机中，模式转变通常是由领航员手动选择或者是为条件转变装备的，例如响应于空速和（在一些情况中）控制操纵杆位置的函数而装备。例如在CH-47F中，如果领航员装备了TRC控制模式，那么在低于10节的速度下，控制系统响应类型会自动从ACAH变成TRC。然而，如果不装备TRC控制模式，那么领航员有可能会在ACAH响应从直飞变成盘旋的情况下飞行。如果领航员选择不装备TRC，那么领航员将会遭遇这样的风险：一旦实现盘旋，则视觉状况有可能因为旋翼下冲气流而降级，这种情形经常在沙漠/多尘、软雪/小雪状况（分别被称为“灯火管制”或“白朦天”）或是在起雾或低光度状况中发生。在这种情况下，一旦遭遇到灯火管制或白朦天的状况，则领航员必须采取附加行动来配备和参与TRC响应类型，而这会在非常重要的时间将领航员的注意力集中到管理控制系统而不是驾驶航空器。与此相反，如果领航员选择在具有良好提示的环境中使用TRC，那么有可能遭遇到在针对ACAH或速率命令的控制响应中保证预期的即时切换的情形。例如，如果在敌对区域中执行着陆任务的过程中发现了装载敌兵的武器，那么领航员有可能更愿意具有ACAH或速率命令的更积极的性能特性，而不是TRC的稳定性；再次需要将领航员的努力集中在管理控制系统而不是驾驶航空器的离散模式切换。

虽然为操作者提供手动切换这些模式的能力往往会很有用，并且关于模式的决定对于领航员来说可能往往不是问题，但是仍旧存在着难以在这些模式之间转变或是在不恰当的时刻需要领航员的注意的情况。这些提示状况通常不是一致地用地速、高度、操纵杆位置或其他航空器或传感器指示来响应的，由此，响应于此类指示的自动触发可能会很不方便，未起帮助作用，甚至会很危险。用于多个转变的触发层是很复杂的，并且需要领航员对控制系统进行更多的管理。所装备的转变是响应于指定的条件触发的，并且其通常与装备转变时所做的预测一样有用，即一旦满足了指定的条件，则将预期所述转变。要想针对非预期的转变进行装备则是极其困难的，并且这些转变通常会在最需要它们的时候发生。