本發(fā)明涉及飛行器控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種復(fù)合翼無人機(jī)應(yīng)急控制方法。
背景技術(shù)：
復(fù)合翼垂直起降無人機(jī)兼顧固定翼無人機(jī)的高速飛行能力及久航能力和多旋翼無人機(jī)的垂直起降能力，受起降場(chǎng)地和空域影響較小，拓寬了工業(yè)無人機(jī)的應(yīng)用范圍。
與現(xiàn)有固定翼或旋翼無人機(jī)相比，復(fù)合翼無人機(jī)覆蓋從懸停至固定翼動(dòng)力性能邊界的飛行速度范圍。整個(gè)飛行過程中動(dòng)力與控制力矩來源并不唯一，低速狀態(tài)的垂直多旋翼提供動(dòng)力和控制力矩，高速狀態(tài)下的水平發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，氣動(dòng)舵面提供控制力矩。上述力學(xué)特征導(dǎo)致復(fù)合翼無人機(jī)應(yīng)急操作更為復(fù)雜：多旋翼動(dòng)力能源系統(tǒng)由電池驅(qū)動(dòng)無刷電機(jī)組成，其MTPF可達(dá)500小時(shí)以上，但隨著水平速度提高，多旋翼螺旋槳的穩(wěn)定性降低，不適合高速狀態(tài)應(yīng)急操作。此外，目前常見鋰聚合物電池的能量密度不超過250Wh/kg，限制了多旋翼的應(yīng)急飛行時(shí)間。達(dá)到一定飛行速度之后，氣動(dòng)舵面穩(wěn)定提供穩(wěn)定控制力矩，有利于應(yīng)急操作，但水平發(fā)動(dòng)機(jī)在調(diào)試不當(dāng)或環(huán)境改變時(shí)容易熄火，且熄火后很難快速重啟，即使采用電打火技術(shù)也很難保證一次重啟成功。因此，在應(yīng)急操作人工接管的情況下，操縱人員目視復(fù)合翼無人機(jī)，難以量化飛行速度、高度和多旋翼電壓等重要狀態(tài)，更無法合理選擇固定翼模式還是多旋翼模式進(jìn)行應(yīng)急遙控，導(dǎo)致復(fù)合翼無人機(jī)人工應(yīng)急操作成功率低，迫降損失大。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中在應(yīng)急操作人工接管的情況下，操縱人員目視復(fù)合翼無人機(jī)，難以量化飛行速度、高度和多旋翼電壓等重要狀態(tài)，更無法合理選擇固定翼模式還是多旋翼模式進(jìn)行應(yīng)急遙控，導(dǎo)致復(fù)合翼無人機(jī)人工應(yīng)急操作成功率低，迫降損失大問題，實(shí)現(xiàn)復(fù)合翼無人機(jī)的全狀態(tài)全自主航線飛行。
為解決上述問題，本發(fā)明提供的一種復(fù)合翼無人機(jī)應(yīng)急控制方法通過以下技術(shù)要點(diǎn)來解決問題：一種復(fù)合翼無人機(jī)應(yīng)急控制方法，用于復(fù)合翼無人機(jī)的降落控制，所述應(yīng)急操作方法為在復(fù)合翼無人機(jī)需要降落時(shí)，判定復(fù)合翼無人機(jī)與地面控制器的距離，在以上距離超過遙控距離時(shí)，復(fù)合翼無人機(jī)利用其上自動(dòng)駕駛儀完成自動(dòng)降落；
在以上距離在遙控距離之內(nèi)時(shí)，由地面控制器向復(fù)合翼無人機(jī)發(fā)出控制方式指令，所述控制方式指令為自動(dòng)應(yīng)急控制和手動(dòng)應(yīng)急控制中的任意一種；
所述自動(dòng)應(yīng)急控制為：復(fù)合翼無人機(jī)利用其上自動(dòng)駕駛儀完成自動(dòng)降落；
所述手動(dòng)應(yīng)急控制為：復(fù)合翼無人機(jī)利用地面控制器發(fā)出的降落控制指令，完成手動(dòng)降落。
所述手動(dòng)應(yīng)急控制包括兩種方式：固定翼飛行方式及多旋翼飛行方式；
所述固定翼飛行方式及多旋翼飛行方式可通過地面控制器進(jìn)行切換。
具體的，以上復(fù)合翼無人機(jī)與地面控制器之間距離的獲得可通過無線電的手段等。這樣，通過本案提供的應(yīng)急操作方法，在不能通過地面控制器完成對(duì)復(fù)合翼無人機(jī)的降落控制時(shí)，由無人機(jī)上自動(dòng)駕駛儀完成自動(dòng)駕駛；當(dāng)復(fù)合翼無人機(jī)處于地面控制器的遙控距離之內(nèi)時(shí)，針對(duì)復(fù)合翼無人機(jī)狀態(tài)參數(shù)多、操控復(fù)雜的問題，本應(yīng)急操作方法為操縱人員提供了兩種飛行方式選擇，使操縱人員可根據(jù)具體需要，選擇更為合理的應(yīng)急飛行方式；采用本應(yīng)急操作方法，還便于實(shí)現(xiàn)在整個(gè)應(yīng)急過程中，操縱人員擁有復(fù)合翼無人機(jī)控制的全權(quán)限，這就強(qiáng)化了在應(yīng)急情況下操縱者對(duì)復(fù)合翼無人機(jī)飛行方式的干涉能力，能夠有效提高復(fù)合翼無人機(jī)應(yīng)急迫降的成功率。
為便于實(shí)現(xiàn)在復(fù)合翼無人機(jī)緊急迫降時(shí)，自動(dòng)駕駛儀和地面控制器可協(xié)同為復(fù)合翼無人機(jī)發(fā)出最佳的迫降方案，以進(jìn)一步提高迫降成功率，設(shè)置為：在以上距離在遙控距離之內(nèi)時(shí)，由地面控制器向復(fù)合翼無人機(jī)發(fā)出控制方式指令，且在復(fù)合翼無人機(jī)未降落之前，兩種控制方式指令可任意切換。
更進(jìn)一步的技術(shù)方案為：
在復(fù)合翼無人機(jī)收到為手動(dòng)應(yīng)急控制的控制方式指令時(shí)，進(jìn)行以下操作：獲取復(fù)合翼無人機(jī)的飛行速度、獲取用于作為垂直螺旋槳?jiǎng)恿Φ碾姵氐碾娏浚?/p>
在復(fù)合翼無人機(jī)的飛行速度大于多旋翼可控最大速度或電池的電量小于按照預(yù)設(shè)最大下沉速率降落地面所需功時(shí)，使用地面控制器將復(fù)合翼無人機(jī)切換為固定翼飛行方式；否則，使用地面控制器將復(fù)合翼無人機(jī)切換為多旋翼飛行方式。
所述多旋翼可控最大速度為固定翼失速速度與多旋翼螺旋槳失速速度兩者中低值的0.85至0.95倍。
在復(fù)合翼無人機(jī)的飛行速度大于多旋翼可控最大速度或電池的電量小于按照預(yù)設(shè)最大下沉速率降落地面所需功的1.1至1.2倍時(shí)，復(fù)合翼無人機(jī)采用固定翼飛行方式；否則，復(fù)合翼無人機(jī)采用多旋翼飛行方式。
這樣的手動(dòng)應(yīng)急控制方式主要目的是使用最少的額外信息就能夠提供手動(dòng)應(yīng)急方式的選擇建議，多旋翼超過多旋翼螺旋槳失速速度之后，有可能會(huì)由于螺旋槳深度失速導(dǎo)致氣流不穩(wěn)定，無人機(jī)姿態(tài)振蕩直至振蕩發(fā)散墜毀，相似，當(dāng)固定翼低于失速速度時(shí)也無法穩(wěn)定飛行，上述0.85至0.95為安全系數(shù)。
所述地面控制器至少有五個(gè)通道，其中的一個(gè)通道為開關(guān)，用于選擇自動(dòng)應(yīng)急控制或手動(dòng)應(yīng)急控制；其余的通道在手動(dòng)應(yīng)急控制下的固定翼飛行方式控制中，發(fā)送氣動(dòng)舵面和水平發(fā)動(dòng)機(jī)控制指令，在手動(dòng)應(yīng)急控制下的多旋翼飛行方式控制中，其余的通道發(fā)送垂直螺旋槳控制指令。
在復(fù)合翼無人機(jī)需要降落時(shí)，復(fù)合翼無人機(jī)向地面控制器發(fā)送以下信息中的一種或幾種：飛行速度、所在高度、電池電壓、平飛螺旋槳轉(zhuǎn)速、垂直螺旋槳轉(zhuǎn)速；
且地面控制器接收到信息后，通過圖像和/或語音的方式向操作者輸出。
本發(fā)明所具有的有益效果：
通過本案提供的應(yīng)急操作方法，在不能通過地面控制器完成對(duì)復(fù)合翼無人機(jī)的降落控制時(shí)，由無人機(jī)上自動(dòng)駕駛儀完成自動(dòng)駕駛；當(dāng)復(fù)合翼無人機(jī)處于地面控制器的遙控距離之內(nèi)時(shí)，針對(duì)復(fù)合翼無人機(jī)狀態(tài)參數(shù)多、操控復(fù)雜的問題，本應(yīng)急操作方法為操縱人員提供了兩種飛行方式選擇，使操縱人員可根據(jù)具體需要，選擇更為合理的應(yīng)急飛行方式；采用本應(yīng)急操作方法，還便于實(shí)現(xiàn)在整個(gè)應(yīng)急過程中，操縱人員擁有復(fù)合翼無人機(jī)控制的全權(quán)限，這就強(qiáng)化了在應(yīng)急情況下操縱者對(duì)復(fù)合翼無人機(jī)飛行方式的干涉能力，能夠有效提高復(fù)合翼無人機(jī)應(yīng)急迫降的成功率。
附圖說明
圖1為本發(fā)明所述的一種復(fù)合翼無人機(jī)應(yīng)急控制方法一個(gè)具體實(shí)施例的流程圖。
圖中標(biāo)記分別為：1、應(yīng)急狀態(tài)，10、判斷遙控距離，11、遙控距離超限，12、遙控距離正常，13、自動(dòng)應(yīng)急控制，14、手動(dòng)應(yīng)急控制，15、固定翼飛行方式，16、多旋翼飛行方式，100、手動(dòng)切換控制方式，101、自動(dòng)應(yīng)急控制，102、判斷可用飛行狀態(tài)，103、手動(dòng)切換飛行方式，104、手動(dòng)固定翼方式，105、手動(dòng)多旋翼方式，106、自動(dòng)方式201、遙控距離超限消息，202、遙控距離正常消息，203、自動(dòng)應(yīng)急消息，204、人工應(yīng)急消息，205/206、手動(dòng)方式判斷消息。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但是本發(fā)明不僅限于以下實(shí)施例：
實(shí)施例1：
用于復(fù)合翼無人機(jī)的降落控制，用于復(fù)合翼無人機(jī)的降落控制，所述應(yīng)急操作方法為在復(fù)合翼無人機(jī)需要降落時(shí)，判定復(fù)合翼無人機(jī)與地面控制器的距離，在以上距離超過遙控距離時(shí)，復(fù)合翼無人機(jī)利用其上自動(dòng)駕駛儀完成自動(dòng)降落；
在以上距離在遙控距離之內(nèi)時(shí)，由地面控制器向復(fù)合翼無人機(jī)發(fā)出控制方式指令，所述控制方式指令為自動(dòng)應(yīng)急控制和手動(dòng)應(yīng)急控制中的任意一種；
所述自動(dòng)應(yīng)急控制為：復(fù)合翼無人機(jī)利用其上自動(dòng)駕駛儀完成自動(dòng)降落；
所述手動(dòng)應(yīng)急控制為：復(fù)合翼無人機(jī)利用地面控制器發(fā)出的降落控制指令，完成手動(dòng)降落。
具體的，以上復(fù)合翼無人機(jī)與地面控制器之間距離的獲得可通過無線電的手段等。這樣，通過本案提供的應(yīng)急操作方法，在不能通過地面控制器完成對(duì)復(fù)合翼無人機(jī)的降落控制時(shí)，由無人機(jī)上自動(dòng)駕駛儀完成自動(dòng)駕駛；當(dāng)復(fù)合翼無人機(jī)處于地面控制器的遙控距離之內(nèi)時(shí)，針對(duì)復(fù)合翼無人機(jī)狀態(tài)參數(shù)多、操控復(fù)雜的問題，本應(yīng)急操作方法為操縱人員提供了兩種飛行方式選擇，使操縱人員可根據(jù)具體需要，選擇更為合理的應(yīng)急飛行方式；采用本應(yīng)急操作方法，還便于實(shí)現(xiàn)在整個(gè)應(yīng)急過程中，操縱人員擁有復(fù)合翼無人機(jī)控制的全權(quán)限，這就強(qiáng)化了在應(yīng)急情況下操縱者對(duì)復(fù)合翼無人機(jī)飛行方式的干涉能力，能夠有效提高復(fù)合翼無人機(jī)應(yīng)急迫降的成功率。
為便于實(shí)現(xiàn)在復(fù)合翼無人機(jī)緊急迫降時(shí)，自動(dòng)駕駛儀和地面控制器可協(xié)同為復(fù)合翼無人機(jī)發(fā)出最佳的迫降方案，以進(jìn)一步提高迫降成功率，設(shè)置為：在以上距離在遙控距離之內(nèi)時(shí)，由地面控制器向復(fù)合翼無人機(jī)發(fā)出控制方式指令，且在復(fù)合翼無人機(jī)未降落之前，兩種控制方式指令可任意切換。
實(shí)施例2：
本實(shí)施例在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上作進(jìn)一步限定，在復(fù)合翼無人機(jī)收到為手動(dòng)應(yīng)急控制的控制方式指令時(shí)，進(jìn)行以下操作：獲取復(fù)合翼無人機(jī)的飛行速度、獲取用于作為垂直螺旋槳?jiǎng)恿Φ碾姵氐碾娏浚?/p>
在復(fù)合翼無人機(jī)的飛行速度大于多旋翼可控最大速度或電池的電量小于按照預(yù)設(shè)最大下沉速率降落地面所需功時(shí)，使用地面控制器將復(fù)合翼無人機(jī)切換為固定翼飛行方式；否則，使用地面控制器將復(fù)合翼無人機(jī)切換為多旋翼飛行方式。
所述多旋翼可控最大速度為固定翼失速速度與多旋翼螺旋槳失速速度兩者中低值的0.85至0.95倍。
在復(fù)合翼無人機(jī)的飛行速度大于多旋翼可控最大速度或電池的電量小于按照預(yù)設(shè)最大下沉速率降落地面所需功的1.1至1.2倍時(shí)，復(fù)合翼無人機(jī)采用固定翼飛行方式；否則，復(fù)合翼無人機(jī)采用多旋翼飛行方式。
所述地面控制器至少有五個(gè)通道，其中的一個(gè)通道為開關(guān)，用于選擇自動(dòng)應(yīng)急控制或手動(dòng)應(yīng)急控制；其余的通道在手動(dòng)應(yīng)急控制下的固定翼飛行方式控制中，發(fā)送氣動(dòng)舵面和水平發(fā)動(dòng)機(jī)控制指令，在手動(dòng)應(yīng)急控制下的多旋翼飛行方式控制中，其余的通道發(fā)送垂直螺旋槳控制指令。
實(shí)施例3：
本實(shí)施例在以上任意一個(gè)實(shí)施例提供的任意一個(gè)技術(shù)方案的基礎(chǔ)上對(duì)本案作進(jìn)一步的限定：為便于為手動(dòng)應(yīng)急控制提供依據(jù)，同時(shí)通過視覺和/或聽覺進(jìn)行人機(jī)交互，避免單一視覺交互導(dǎo)致的操作人員精力分散，在復(fù)合翼無人機(jī)需要降落時(shí)，復(fù)合翼無人機(jī)向地面控制器發(fā)送以下信息中的一種或幾種：飛行速度、所在高度、電池電壓、平飛螺旋槳轉(zhuǎn)速、垂直螺旋槳轉(zhuǎn)速；且地面控制器接收到信息后，通過圖像和/或語音的方式向操作者輸出。
實(shí)施例4：
如圖1，本實(shí)施提供了一種具體的實(shí)現(xiàn)方式：本實(shí)現(xiàn)方式適用于一種設(shè)置有發(fā)動(dòng)機(jī)、水平螺旋槳、三組氣動(dòng)舵面及多組垂直螺旋槳的復(fù)合翼無人機(jī)，其中發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)水平螺旋槳產(chǎn)生可控的前向拉力，三組氣動(dòng)舵面分別改變復(fù)合翼無人機(jī)滾轉(zhuǎn)、俯仰和偏航力矩，垂直螺旋槳由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)由電池供能，多組垂直螺旋槳產(chǎn)生向上拉力和三方向控制力矩，復(fù)合翼無人機(jī)測(cè)量以下數(shù)據(jù)：速度、高度、電池電壓和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，還需要一臺(tái)5通道的地面控制器，以上數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)鏈路發(fā)送至地面控制器。
在復(fù)合翼無人機(jī)進(jìn)入應(yīng)急狀態(tài)1之后使用所述復(fù)合翼無人機(jī)應(yīng)急操作方法進(jìn)行應(yīng)急迫降，包括以下狀態(tài)和操作：
狀態(tài)：L，M，N為三組狀態(tài)：
L：遙控距離；
L1：遙控距離超限11；
L2：遙控距離正常12。
M：控制方式；
M1：自動(dòng)應(yīng)急控制13；
M2：手動(dòng)應(yīng)急控制14；
N：飛行方式：
N1：自動(dòng)方式106；
N2：手動(dòng)固定翼方式104；
N3：手動(dòng)多旋翼方式105；
操作：
S1：判斷遙測(cè)距離10；
S2：若L1則自動(dòng)切換到M1，同時(shí)發(fā)送遙控距離超限消息201；
S3：若L2則自動(dòng)切換到手動(dòng)切換控制方式100，同時(shí)發(fā)送遙控距離正常消息202，之后通過遙控器第五通道人工選擇切換至M1或M2，選擇M1則發(fā)送自動(dòng)應(yīng)急消息203，選擇M2則發(fā)送手動(dòng)應(yīng)急消息204；
S4：若S3人工選擇M1，則執(zhí)行N1；
S5：若S3人工選擇M2，則判斷可用飛行狀態(tài)102，若飛行速度高于多旋翼可控最大速度或電池電壓不足，則發(fā)送手動(dòng)方式判斷消息205，同時(shí)選擇手動(dòng)固定翼方式104，否則，手動(dòng)方式判斷消息206的內(nèi)容為手動(dòng)多旋翼方式105；
S6：若選擇固定翼飛行方式15，則執(zhí)行N2，遙控器前四個(gè)通道控制氣動(dòng)舵面和發(fā)動(dòng)機(jī)，若選擇多旋翼飛行方式16，則執(zhí)行N3，遙控器前四個(gè)通道同時(shí)控制垂直螺旋槳與氣動(dòng)舵面。
以上201至206指代的消息均通過揚(yáng)聲器輸出和圖標(biāo)輸出，輸出的媒介可通過地面控制器或與復(fù)合翼無人機(jī)建立無線數(shù)據(jù)鏈接的電腦進(jìn)行。
所述手動(dòng)切換飛行方式103操作通過地面控制器前四通道進(jìn)行：內(nèi)“八”字為固定翼飛行方式，外“八”字為多旋翼飛行方式。
在S5中，所述多旋翼可控最大速度為固定翼失速速度與多旋翼螺旋槳失速速度兩者中數(shù)值較低者乘以安全系數(shù)后得到的值，所述安全系數(shù)介于0.85至0.95之間。
在S5中，所述電池電壓不足的判斷標(biāo)準(zhǔn)為電池電量小于按照預(yù)設(shè)最大下沉速率降落地面所需功與裕量系數(shù)的乘積，所述裕量系數(shù)介于1.1至1.2之間。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施方式只局限于這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明的技術(shù)方案下得出的其他實(shí)施方式，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。