周磊 袁恒博 乔博

摘 要：直升机作为20世纪航空技术极具特色的创造之一，在军事作战、物资运输、抢险救灾等诸多领域得到了应用，发挥着其他飞行器不可比拟的优势。伴随着相关技术的发展，直升机飞行控制技术的部分研究也取得了一定的成果。本文就直升机飞行控制技术进行简要综述，以供参考。

关键词：直升机 飞行控制技术 发展 控制方法

直升机飞行控制系统是一个较为复杂的系统，对直升机的稳定飞行具有十分重要的意义。在直升机飞行控制技术的研究中，先进的控制理论与控制方法，是提高直升机飞行控制系统的控制性能的關键所在。基于此，国内外的相关工作者们开展了大量与直升机飞行控制技术的研究。作为直升机发展的重要条件之一，直升机飞行控制技术研究受到了诸多领域的重视。本文在分析直升机飞行控制特点的基础之上，对直升机飞行控制技术的现状以及应用中存在的问题进行综述。

1、 直升机飞行控制特点

直升机具有可任意方向飞行、可悬停、可定点监视或者做360°回转等优势，在飞行安全性、起飞着陆的场地要求、外形尺寸等诸多方面有着其他飞行器所不能比拟的优势。作为一个多变量、非线性、时变的、强耦合的高阶系统，其控制难度相对较大，具体体现在对象特征差异显著、飞行模态数量多、模型阶次高、非线性特性强、建模难度大、高阶动力学特性对操纵品质影响较大等。

在直升机的航向、横向以及纵向运动中，可产生较强的耦合性，具体表现在旋翼旋转产生偏航力矩：横滚机动时，桨叶挥舞并引起俯仰力矩，俯仰机动引起横滚力矩，前飞速度变化时，尾桨拉力变化引起偏航力矩。基于直升机的这一显著耦合特性，在进行直升机飞行控制系统的设计时，必须充分考虑小速度飞行、悬停以及前飞等状态下的鲁棒性以及解耦性。

直升机模型包括刚体动力学模型、尾桨动力学模型、旋翼动力学模型、垂直尾翼等，上述模型共同构成了直升机对象特性。在具体表现时，若选择数学方式，则所需要的数学模型可高达27阶以上，增加了分析的难度。在此基础上，与传感器以及发动机等特性进行综合，更增加了直升机飞行动力学数学模型的建立难度。考虑到这一因素，在控制系统的设计中，必须关注模型弱相关性，以降低分析、建模的难度。此外，从系统的角度来看，直升机的数学模型以及执行机构具有非线性特性，当施加机动操纵量时，将可激发出较强的非线性响应。加之直升机通道之间的固有耦合，将可对其他通道的响应造成影响。因此，在飞行控制系统的设计中，还需克服闭环系统产生的非线性问题。

理论研究证实，高阶动力学特性对飞行操纵的品质有着十分重要的意义，在飞行控制系统的设计过程中，如果忽略了直升机模型中的高阶环节，将可直接影响到所设计的控制系统的质量，进而影响其性能技术指标。鉴于此，直升机控制系统的开发与设计还需要关注模型的高阶环节，以提高飞行操纵品质。

2、直升机飞行控制技术的现状与趋势

近20余年，随着现代战争规模与复杂程度的提升，现代军用直升机飞行品质以及任务效能也面临新的要求。为满足直升机飞行控制的一系列性能要求，先进的数字式飞行控制系统以及发动机控制系统等被应用于直升机的飞行控制之中。飞行控制系统的改进与完善，直接对直升机飞行品质、提高直升机任务效能等方面起着至关重要的作用。

就当前直升机飞行控制技术的发展来看，出现了许多备受关注的新技术，如传感器合成技术、自主贴地与自主起降飞行控制技术、群飞与协同作战技术、故障诊断与容错控制技术、航空电子综合控制技术、多功能综合显示技术等。与此同时，直升机的飞行控制系统也从传统的模拟式增稳装置、自动驾驶仪发展到今天的多余度数字式电传/光传操纵系统，并与火力控制以及发动机等系统共同构成了一个有机的整体，实现了一体化控制与管理。直升机飞控系统的这一改变，极大的改善了现代直升机的飞行品质以及战场生存性，而先进的电传/光传飞行控制技术，则成为了现代直升机综合控制的重要纽带。

西方国家对直升机先进飞行控制系统的研究可追溯到上世纪六、七十年代，当时的西方各国即对电传/光传飞行控制技术的研究与发展给予了高度重视。以美国为例，先后进行了“TAGS”战术飞机制导系统、“HLH”重型运输直升机、“ADOCS”先进数字/光传控制系统等项目研究计划。国外的先进多余度数字式电传操纵系统已趋于成熟，光传飞行控制技术和主动控制技术的发展也取得了一定的成果。反观国内，直升机飞行控制系统的研究虽然已经取得了较大的进展，但与西方发达国家相比，仍然存在一定的差距。在电传飞行控制系统的发展中，火力/飞行/动力综合控制技术、侧杆控制技术、先进伺服作动器技术、光传飞行控制技术以及直升机主动控制技术作为关键技术，将是未来直升机飞行控制研究的重要方向。

火力/飞行/动力的综合控制，不仅能够减轻驾驶员的飞行负担，还能在改善直升机飞行性能、作战效能、射击精度等方面发挥重要作用。对于低空飞行的武装直升机而言，火力/飞行/动力综合控制技术直接关系到其作战效能。因此，加大火力/飞行/动力综合控制技术的研究力度，对飞控系统的发展有着重要意义。侧杆控制方式与传统的操纵形式相比，能够更好的实现直升机的精确控制。但在后续的研究过程中，如何对侧杆控制方式进行优化与推广应用，将是一项较为重要的内容。灵巧伺服作动器（将伺服作动系统的作动器部分与控制器部分进行综合）的研究和应用，是先进伺服作动器技术研究与发展的一个重要方向。通过作动器部分与控制器部分的综合，组成一个内部即可实现回路闭合的作动器，在改善直升机控制性能、实现直升机的智能化发展等方面有着极为显著的优势。此外，光传飞行控制技术是电传飞行控制技术发展的一个质的飞跃，在弥补电传飞行控制系统的不足的同时，在抵御电磁干扰、减轻传输线重量等方面有着重要意义。直升机主动控制技术的应用，则是新一代直升机飞行控制向智能化、综合化发展的重要契机。

结 语

在直升机飞行控制研究中，控制技术的开发、创新，以及直升机飞行控制面临的问题是相关工作者的研究重点。借助新的方法以及新的技术的引入，直升机飞行控制技术将得到不断的改进与完善，进而为直升机的发展助力。

参考文献

[1] 甄红涛， 齐晓慧， 夏明旗， 等. 四旋翼无人直升机飞行控制技术综述[J]. 飞行力学， 2012， 30（4）：295-299.

[2] 杨虎. 直升机飞行控制技术发展综述[J]. 电子技术与软件工程， 2015（14）：162-162.