直升机自转着陆过程的最优控制

摘要

当直升机的发动机失效后,自转下滑就成为驾驶员实现安全着陆的唯一有效手段,这需要熟练的驾驶技术.然而由于缺乏充分的训练,自转飞行过程具有一定的危险性.实际上,在高度和速度的一定范围内,直升机无法实现安全的自转着陆.该文将直升机的自转着陆过程定义为一个非线性的最优控制问题.首先,建立了一个描述直升机自转着陆飞行动力学特性的三维刚性体模型.该模型包含六个自由度,分别为沿x、y、z轴的位移以及绕三个轴的旋转.然后,为了便于最优控制问题的分析和计算,该文只考虑直升机的二维运动,从而得出一个简化的点质量模型.其中的状态变量包括直升机的水平和垂直速度、水平和垂直位移以及旋翼转速.其次,定义最优控制问题的性能指标为直升机着陆时的水平和垂直速度的加权平方和为最小,并采用一阶梯度算法得到使性能指标最小的控制规律.最后,以OH-58A轻型直升机为例进行了算例分析,并且探讨了采用最优操纵方式缩小高度—速度回避区范围的可能性.