[发明专利]一种无人自转旋翼机降落控制方法

说明书

本发明公开了一种无人自转旋翼机降落控制方法，属于无人机飞行控制技术领域。无人自转旋翼机降落时首先飞至盘旋降高点，盘旋下降至安全高度、速度。飞至下滑点后以最大下滑率下降至第二安全高度，后跟飞固定下滑线，至飘落点后进行拉飘调整飞行姿态，同时减小油门使飞机缓慢飘落，飞机以较大俯仰角两主轮先接地，主轮接地后通过桨盘俯仰、滚转以及方向舵控制飞机姿态，地速逐渐降低后飞机依靠自身重力低头，前轮接地，逐渐缓慢刹车，同时依靠方向舵和前轮进行纠偏，飞机停止后关闭发动机，将桨盘置于水平位置，完成自主降落过程。

技术领域

本发明属于无人机飞行控制技术领域，尤其涉及一种无人自转旋翼机降落控制方法。

背景技术

自转旋翼机(Autogyro、Gyroplane)的升力来源于无动力旋翼的自转，前进动力由螺旋桨或其它供能方式提供。无人驾驶自转旋翼机则是能够按规划航线进行全自主飞行或在人工干预下进行半自主飞行的自转旋翼机。无人自转旋翼机是无人机与自转旋翼机的一次创新结合，推动着自转旋翼机的又一次跨步发展。

自转旋翼机是旋翼升力原理的最先实际应用。自问世以来，自转旋翼机以其高安全性、构造简单、维护成本低等优点一直深受人们喜爱。当发动机故障停车时，由于惯性，此时旋翼机继续保持前飞，但由于升力减小，在重力和空气阻力的作用下，旋翼机的高度和速度逐渐降低，而掉高会产生自下而上的相对气流，又能吹动旋翼自转提供升力，这样操作手就可以遥控旋翼机滑翔着陆。并且，旋翼机没有自动倾斜器、减速器和尾传动系统等部件，所以结构简单，噪声小，使用维护简便，不仅价格低廉，而且故障率低、安全性和可靠性高，在民用及部分军用场合有广阔的应用前景。目前已有研究将自转旋翼无人机应用于农林植保和电力系统巡线。因此自转旋翼无人机的控制研究具有重要意义。

自转旋翼机的飞行动力学特性介于固定翼飞机和直升机之间，其前飞动力和偏航控制与固定翼飞机相同，俯仰姿态与滚转姿态与直升机操纵相同。但自转旋翼机各操纵通道之间存在着强烈的耦合，并且在通过桨盘进行姿态控制时存在一定滞后，这些都是自转旋翼机控制器设计的难点。

无人自转旋翼机自主着陆过程中需保证无人机以安全的姿态降落在跑道上，需综合考虑着陆油门、触地速度、触地姿态等飞行参数，是飞行控制系统完成飞行任务的收尾工作，亦是决定飞行成败的关键模块。无人自转旋翼机由于其自身特性带来了新的着陆飞行控制难点，传统无人机的着陆控制方案也不完全适用，自转旋翼机采取的滑跑着陆方式也是各种回收方式中最复杂、最危险的一种。由于着陆各种不确定性的影响，没有飞行员直接操纵的无人机，其事故率比有人机更高。因此设计高安全性的降落控制策略成为了研究无人自转旋翼机飞行控制技术的重点与难点。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种无人自转旋翼机降落控制方法，在保证安全性的前提下确保无人自转旋翼机可以快速精准自主降落。

本发明无人自转旋翼机降落控制方法，具体步骤如下：

步骤一、无人自转旋翼机进入降落状态后，以巡航高度、巡航速度自主飞行至盘旋降高点，准备进入盘旋降高段。

步骤二、无人机进入盘旋降高段，由盘旋降高点盘旋下降至第一安全高度，速度继续保持巡航速度，进一步保持第一安全高度飞至下滑点，准备进入陡下滑段。

步骤三、无人机进入陡下滑段，此时为获得最大下沉率，将油门收到怠速油门，通过桨盘俯仰控制空速，保持桨盘滚转舵控制侧偏，方向舵控制航向的控制律，陡下滑至第二安全高度，准备进入浅下滑段。

步骤四、无人机进入浅下滑段，此时采用跟飞下滑线的直线下滑策略，减小下沉速度、逐渐调整姿态，通过油门控制空速，通过桨盘俯仰控制高度，使无人机沿着固定直线轨迹下降；此时机身姿态与下降速度和空速相关，通过设置轨迹坡度与目标空速，使无人机俯仰角适当增加，为后续拉飘段做准备。