[发明专利]飞行器控制方法

说明书

本发明提供了一种确定具有矢量推进装置(30,32)的垂直起飞飞行器(10)的飞行轨迹的方法。该方法包括：接收一个或多个飞行器飞行约束；将该飞行器飞行约束输入轨迹规划算法，以确定最小能量的飞行器过渡轨迹；以及输出控制计划以使该飞行器(10)飞行到该飞行轨迹。

技术领域

本公开涉及一种控制飞行器的方法。

背景技术

短距起降(STOL)、垂直短距起降(STOVL)和垂直起降(VTOL)飞行器用于起飞和着陆距离受到限制的地方，例如海上的船舶。传统的VTOL飞行器包括直升机、倾斜旋翼飞行器和倾斜机翼飞行器。

在倾斜机翼飞行器中，推进器安装到机翼，该机翼枢转使得安装到机翼的推进器根据机翼的位置提供升力或前向推力。现有的倾斜机翼飞行器是已知的，诸如XC-142、Vertol VZ-2Kaman K-16B、Hiller X-18和Canadair CL-84。

倾斜旋翼飞行器也是已知的，例如Bell/Boeing V-22。在倾斜旋翼飞行器中，机翼相对于机身保持水平，而引擎和旋翼倾斜以在悬停和前向飞行之间过渡。

还已知其他VTOL飞行器配置，诸如矢量推力飞行器、自转旋翼机和直升机，包括复合直升机。在许多这些飞行器类型中，或者为上升和巡航飞行提供单独的推进器，或者引擎必须在上升和巡航飞行之间相对于机翼或机身倾斜。在悬停/上升飞行和前向/巡航飞行之间的这种“过渡”期间的飞行可能难以管理，即使对于熟练的飞行员而言也是如此。如果VTOL飞行器变得越来越普遍，则有必要降低驾驶这些飞行器类型所需的技能水平。此外，考虑到在各种约束下对高效飞行的竞争需求，诸如保持稳定性、高度等，飞行剖面的优化对于人类飞行员或传统自动驾驶仪系统来说可能是困难的。因此，希望提供一种自动化系统，其在VTOL飞行器中的悬停和巡航飞行之间的过渡期间使至少部分飞行状态自动化，以便提供高效、安全的飞行。

发明内容

根据第一方面，提供了一种确定具有矢量推进装置的垂直起飞飞行器的飞行轨迹的方法，该方法包括：

接收一个或多个飞行器飞行约束；

接收飞行器飞行数据；

将飞行器飞行约束和飞行器飞行数据输入轨迹规划算法，以确定最小能量的飞行器过渡轨迹；以及

输出控制计划以使飞行器飞行到飞行轨迹。

有利地，提供了一种在过渡阶段期间自动规划飞行器飞行轨迹的方法，该方法使过渡期间使用的总能量最小化。这确保使用飞行器飞行数据在飞行器飞行约束内尽可能有效地操作飞行器。

所述一个或多个飞行器飞行约束可以包括飞行器飞行通道、飞行器操纵包线和过渡结束计划中的一者或多者。

飞行器飞行通道可以包括用于过渡轨迹的最大和/或最小允许高度，并且可以包括最大/最小飞行器坡度。

飞行器操纵包线可包括加速度限制、侧倾、俯仰或偏航率限制、速度限制、推进器功率限制、推进器功率比限制、飞行器取向限制、机翼迎角限制和致动器速率限制中的一者或多者。

过渡结束计划可以包括用于完成到前向飞行的过渡的最大时间和/或距离。

该方法可以包括将实时飞行器飞行数据输入到轨迹规划算法以提供更新的轨迹。实时飞行器飞行数据可以包括当前或预计的速度、高度、致动器反馈和天气数据中的一者或多者。

轨迹规划算法可以包括飞行器飞行模型，该飞行器飞行模型将飞行器飞行控制输入与对应的计算的轨迹相关。飞行器飞行输入可以包括一个或多个推进器推力、推进器角、机翼和尾翼倾斜角以及飞行器飞行控制表面角中的一者或多者。

轨迹规划算法可以包括成本函数算法。