【正文】 控制 空速控制分為節(jié)風門空速控制、俯仰空速控制和阻力空速控制。 (2) 33 前 向控 制 通 道航 向 角 速度 增 益航 向 角 指 令航 向 角航 向 角 速 度副 翼 偏 轉(zhuǎn) 指 令滾 轉(zhuǎn) 角增 益滾 轉(zhuǎn) 角滾 轉(zhuǎn) 角速 度 增 益滾 轉(zhuǎn) 角 速 度 (a) 前 向控 制 通 道航 向 角 速度 增 益航 向 角 指 令航 向 角航 向 角 速 度方 向 舵 偏 轉(zhuǎn) 指 令滾 轉(zhuǎn) 角增 益滾 轉(zhuǎn) 角 (b) 副 翼 前 向控 制 通 道航 向 角 指 令航 向 角副 翼 偏 轉(zhuǎn) 指 令滾 轉(zhuǎn) 角增 益 ( 副 翼 )滾 轉(zhuǎn) 角滾 轉(zhuǎn) 角 速 度增 益 ( 副 翼 )滾 轉(zhuǎn) 角 速 度方 向 舵 前 向控 制 通 道航 向 角 速 度 增益 ( 方 向 舵 )航 向 角 指 令航 向 角航 向 角 速 度方 向 舵 偏 轉(zhuǎn) 指 令滾 轉(zhuǎn) 角增 益 ( 方 向 舵 )滾 轉(zhuǎn) 角 (c) 圖 3－ 4 航向角穩(wěn)定與控制結(jié)構(gòu) (2) 34 高度控制 高度控制 由俯仰內(nèi)回路及外回路組成。其中，圖 3－ 4 (a)的控制結(jié)構(gòu)通過副翼進行航向控制，具有較高的控制效率，但控制中側(cè)滑角較大；圖 3－ 4 (b)利用方向舵進行航向控制，該形式的控制效率較低，所引入的滾轉(zhuǎn)角反饋用于部分消除側(cè)滑角；圖 3－ 4 (c)則利用副翼和方向舵聯(lián)合控制航向角，具有控制效率高及側(cè)滑角小的特點。對具有較大自然阻尼特性的飛機可略去滾轉(zhuǎn)角速度反饋。 前 向控 制 通 道滾 轉(zhuǎn) 角 速度 增 益滾 轉(zhuǎn) 角 指 令滾 轉(zhuǎn) 角滾 轉(zhuǎn) 角 速 度副 翼 偏 轉(zhuǎn) 指 令 圖 3－ 3 滾轉(zhuǎn)角穩(wěn)定與控制結(jié)構(gòu) 圖 3－ 3 中前向控制通道一般采用比例或比例 +積分的形式。俯仰角速度反饋用于增加短周期阻尼。 前 向控 制 通 道俯 仰 角 速度 增 益俯 仰 角 指 令俯 仰 角俯 仰 角 速 度升 降 舵 偏 轉(zhuǎn) 指 令 圖 3－ 2 俯仰角穩(wěn)定與控制結(jié)構(gòu) 圖 3－ 2 中前向控制通道可采用比例或比例 +積分的形式，采用比例形式時控制存在靜差，采用比例 +積分 形式時控制沒有靜差。根據(jù)無人機的任務要求，選擇以下控制律結(jié)構(gòu)。根據(jù)對無人機的性能要求及無控無人機的特性確定控制律結(jié)構(gòu)。 控制律結(jié)構(gòu) 首 先應明確飛機的控制面。通過非線性全量仿真、半物理仿真及飛行試驗，驗證或調(diào)整控制律結(jié)構(gòu)及參數(shù)，使飛行品質(zhì)或性能達到要求。飛行控制律設計的依據(jù)是系統(tǒng)研制任務合同及相關(guān)頂層技術(shù)文件。 8 飛行控制律 飛行控制律是飛行控制系統(tǒng)一個重要組成部分，它是指令及各種外部信息到飛機各執(zhí)行機構(gòu)的一種映 射關(guān)系。 e) 跟蹤精度 伺服作動設備輸出跟蹤輸入的精度應滿足一定的要求。 c) 頻帶 伺服作動設備的頻帶一般應為無控飛機自然頻帶的 3～ 5 倍。 伺服作動設備的設計要求主要有以下方面： 1）性能要求 a) 最大輸出力矩 最大輸出力矩指額定工作狀態(tài)下伺服作動設備能夠輸出的最大力矩，該力矩應該大于折合到舵面相應位置的最大氣動鉸鏈力矩（或節(jié)風門偏轉(zhuǎn)力矩）。 伺服作動設備可分為電動伺服作動設備、液壓伺服作動設備和電液混合伺服作動設備。 (2) 29 a) 7 伺服機構(gòu) 伺服作動設備也稱舵機，是飛控系統(tǒng)的執(zhí)行部件。 如果地面輔助導引設備的定位精度稍低（比如目前的測控系統(tǒng)視距內(nèi)數(shù)據(jù)鏈），則可自動將飛機引導到跑道上空一定區(qū)域內(nèi)，然后采用半自動或遙控方式控制無人機著陸。 在 DGPS 可用的情況下，實現(xiàn)全自動的起飛與著陸。 當 DGPS 不可用時，再用備用的視距內(nèi)測控鏈路代替 DGPS, 產(chǎn)生自動引導所需的定位數(shù)據(jù)。 視起飛 /著陸的不同階段和導引設備的可用度采用全自動 /半自動 /人工（遙控）多種引導與控制方式相結(jié)合的方案。 只要將其放置于跑道附近一定的區(qū)域中，在不附加任何設備的情況下可實現(xiàn)較好的地面引導。 最為現(xiàn)實的方法是本系統(tǒng)配備的地面測控系統(tǒng)視距鏈路。該技術(shù)的詳細情況國內(nèi)有關(guān)廠所正在進一步的研究中。因為 GPS 易受美國的制約，不宜對其過分依賴。 (2) 27 在 SA取消后 ,商用 GPS(C/A碼 )的定位精度大大提高 ,經(jīng)過差分后（ DGPS）可以提供精密進場著陸所需的飛機定位信息。在此前提下，還有如下方法可供選擇。 6 引導設備 精確引導是無人機自動著陸的基礎。 飛機位置傳感器的選擇一般考慮與飛行時間相關(guān)的導航精度、成本和可用性等問題。 4）飛機位置傳感器 飛機位置傳感器用于感受飛機的位置，是飛行軌跡控制的必要前提。 高度、空速傳感器的選擇主要考慮測量范圍和測量精度。 3）高度、空速傳感器（或大氣數(shù)據(jù)計算機） (2) 26 高度、空速傳感器（或大氣數(shù)據(jù)計算機）用于感受無人機的飛行高度和空速，是高度保持和空速保持的必備傳感器。 姿態(tài)、航向傳感器應安裝在飛機重心附近，振動盡可能要小，有較高的安裝精度要求。姿態(tài)、航向傳感器是無人機飛行控制系統(tǒng)的重要組成部分，用于實現(xiàn)姿態(tài)航向穩(wěn)定與控制功能。 角速率傳感器應安裝在無人機重心附近、一階彎振的波節(jié)處，安裝軸線與要感受的機體軸向平行，并特別注意極性的正確性。 1) 角速率傳感器 角速率傳感器是飛控系統(tǒng)的基本傳感器之一，用于感受無人機繞機體軸的轉(zhuǎn)動角速率，以構(gòu)成角速率反饋，改善系統(tǒng)的阻尼特性、提高穩(wěn)定性。 5 機載傳感器 無人機飛控系統(tǒng)常用的傳感器包括角速率傳感器、姿態(tài)傳感器、航向傳感器、高度空速傳感 器、飛機位置傳感器、迎角傳感器、過載(2) 25 傳感器等。 ? 在遙控方式下，地面操作手根據(jù)無人機的狀態(tài)信息和任務要求控制無人機的飛行； ? 在自主控制方式下，飛行控制系統(tǒng)根據(jù)傳感器獲取的飛機狀態(tài)信息和任務規(guī)劃信息自動控制無人機的飛行。 4 無人機控制模式 無人機的飛行控制系統(tǒng)是全時限、全權(quán)限的，飛行控制模式可以分為程序控制（時間程序控制）、遙控（通過地面站遙控指令控制）和自主飛行控制（二維、三維或四維）三種。飛行控制系統(tǒng)的功能如下： a) 無人機姿態(tài)穩(wěn)定與控制； b) 無人機自主導航飛行與航跡控制； c) 無人機起飛 (發(fā)射 )與著陸 (回收 )控制； d) 無人機飛行管理； e) 無人機任務設備管理與控制； f) 應急控制； g) 信息收集與傳遞。 3 無人機控制與管理系統(tǒng)的組成和功能 根據(jù)無人機發(fā)展的歷史時期和用途的不同，無人機控制系統(tǒng)在組成和功能上有相當大的差別。 其次，飛行控制的功能與作用不同：根據(jù)有人機飛行控制系統(tǒng)的作用范疇，有人機飛行控制系 統(tǒng)主要完成飛機內(nèi)回路的增穩(wěn)與控制(戰(zhàn)斗機、攻擊機、直升機等 )，強調(diào)操穩(wěn)性或舒適性，部分飛行控制系統(tǒng)能夠與導航系統(tǒng)耦合，完成外回路的航跡控制 (轟炸機、運輸機等 )；而無人機飛行控制系統(tǒng)的作用范疇，其飛行控制系統(tǒng)除完成無人機內(nèi)回路、外回路控制的所有功能外，還能夠完成導航、制導、飛行任務管理、任務載荷管理與控制功能，遠遠超出了飛行控制功能，無人機飛行控制系統(tǒng)強調(diào)系統(tǒng)穩(wěn)定性、控制與導航精度等性能指標和(2) 23 任務管理能力，特別是自主導航能力，因此經(jīng)常被稱為綜合飛行控制系統(tǒng)。 (2) 22 2 無人機控制與管理系統(tǒng)的特點 與有人駕駛飛機 (有人機 )相比，無人機最大的特點就是 “ 無人 ”二字，因此無人機飛行控制系統(tǒng)與有人機飛行控制系統(tǒng)相比所具有的特點，也是從這二字而來。飛行控制系統(tǒng)是無人機完成起 飛 (發(fā)射 )、空中飛行、執(zhí)行任務、返場著陸 (回收 )等整個飛行過程的核心系統(tǒng)，對無人機實現(xiàn)全權(quán)限控制與管理，因此對無人機的功能和性能起關(guān)鍵、決定性作用。 無人機發(fā)展需要的主要關(guān)鍵技術(shù) 未來無人機向更高、更快、更遠、更機動、更高效的方向發(fā)展，需 要的主要關(guān)鍵技術(shù)有： (1) 平臺技術(shù)（綜合布局、氣動、輕質(zhì)結(jié)構(gòu)、隱身） 。 當今無人機技術(shù)能夠蓬勃發(fā)展，一個重要的原因就是無人機技術(shù)能夠不斷與相關(guān)領域的高新技術(shù)融合和互動，不斷開拓新的前沿領域。臨近空間是航天與航空的空間接合部，是航空技術(shù)與航天技術(shù)的交叉，一個大有作為的領域。美國國防部發(fā)布 2020 版的《無人系統(tǒng)路線圖 》中指出：美國已經(jīng)投入使用及正在發(fā)展的無人機系統(tǒng)覆蓋了情報、監(jiān)視與偵察，信息對抗，攻擊 /時敏目標打擊，壓制敵方防空力量、海面封鎖行動等 21 個任務領域，這是到目前為止對于無人機系統(tǒng)可能涉及的任務領域較(2) 20 為全面的闡述，隨著無人機技術(shù)的發(fā)展，無人機的任務領域和功能還在進一步拓展。一方面各國均在發(fā)展中小型無人機的基礎上，向新技術(shù)更密集、作戰(zhàn)效率更高、覆蓋面積更大、生存力更高的高空、高速、長航時大型無人機方向發(fā)展；另一方面由于微小型無人機操作簡便靈活，具有較強的機動性能和低空飛行優(yōu)勢，隨著全球反恐和特種作戰(zhàn)任務的需要，各航空強國對微小型無人機的發(fā)展十分重視。在美國國防部發(fā)布 2020 版的《無人系統(tǒng)綜合路線圖》中明確了無人機系統(tǒng)所需提供的 8 類能力：戰(zhàn)場預警能力，后勤保障能力，軍事運用能力，支持網(wǎng)絡中心 能力，部隊防護能力，軍事支援能力，指揮控制能力，形成了基于任務能力的無人機系統(tǒng)需求規(guī)劃與發(fā)展計劃。 隨著新技術(shù)的快速發(fā)展和在實戰(zhàn)中的廣泛應用，無人機系 統(tǒng)的概念、任務和技術(shù)要求都發(fā)生了根本性的變化。 亞洲國家和地區(qū)近年來也在加快無人機的發(fā)展。英國已經(jīng)研制了 “ 大烏鴉 ”(Corax) 低可探測性高空長航時無人機驗證機，下一步計劃研制 “ 守望者 ”(WatchKeeper) 無人機，將為英國地面部隊提供增強的情報、監(jiān)視、目標獲取和監(jiān)視 (ISTAR)能力。(2) 18 最具代表性的是由法國牽頭研制的無人戰(zhàn)斗機 “ 神經(jīng)元 ” 項目，該項目有瑞典、意大利、西班牙、瑞士和希臘等國參與，計劃在 5 年內(nèi)開始演示驗 證工作。 進入 21 世紀后，歐洲為了縮短與美國和以色列在發(fā)展無人機領域的差距，提高獨立自主能力，大大加強了無人機的研制力度。 隨著俄羅斯經(jīng)濟的好轉(zhuǎn)，目前俄軍對發(fā)展長航時無人機、電子戰(zhàn)類無人機給予高度重視，同時也在探索 “ 鰩魚 ” （ SKAT）無人作戰(zhàn)飛機的發(fā)展。以色列是無人機系統(tǒng)裝備與技術(shù)最大的輸出國之一。美國研制的無人機代表世界無人機研制的最高水平，引領著世界無人機的發(fā)展方向。裝備部隊主要有十幾種，數(shù)量達 1700 多架。在當今無人機發(fā)展熱潮中，各國無不結(jié)合實際、突出自身特點發(fā) 展無人機。目前全球共有 57 個國家研制和發(fā)展無人機，研制和發(fā)展的無人機系統(tǒng) 974 種，其中已成為無人機產(chǎn)品的有 369 種。 國外 無人機的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢 自 20 世紀 90 年代起，世界范圍內(nèi)掀起了無人機系統(tǒng)發(fā)展的新高潮。 科學技術(shù)的進步將對無人機發(fā)展的推動作用愈來愈強。 任務設備技術(shù)的發(fā)展推動無人機向多用途多功能方向發(fā)展。無人機早期數(shù)據(jù)鏈速度低、容量小、抗干擾能力差，只能解決無人機基本的操縱控制和飛行狀態(tài)監(jiān)視問題，使得無人機可用。由于無人機是機上無人駕駛，必須靠地面控制站通過無線數(shù)據(jù)鏈實現(xiàn)對其操縱控制和飛行狀態(tài)監(jiān)視，因此無線數(shù)據(jù)鏈是推動無人機向可用化和實用化的條件。航空技術(shù)包括空氣動力技術(shù)、飛行動力學技術(shù)、航空結(jié)構(gòu)技術(shù)、航空材料技術(shù)、航空發(fā)動機技術(shù)、飛行控制與導航技術(shù)、航空電子電氣技術(shù)等，早期的航空技術(shù)發(fā)展主要解決無人機等飛行器能夠飛行的問題，現(xiàn)代航空技術(shù)的發(fā)展促(2) 15 進無人機向飛行性能越來越高、飛行可靠性越來越好、執(zhí)行任務的能力越來越強的方向發(fā)展。 表 歷次參戰(zhàn)的無人機機型 歷次戰(zhàn)爭名稱 參戰(zhàn)的無人機機型 越南戰(zhàn)爭 AQM34“ 火蜂 ” 、 QH－ 50 第四次中東戰(zhàn)爭 BQM74C“ 石雞 ” 多用途無人機 貝卡谷地空戰(zhàn) “ 猛犬 ” 1991 年海灣戰(zhàn)爭 “ 先鋒 ” 、 “ 敢死蜂 ” 、 “ 指針 ” ， MART, CL289 等 1995 年科索沃戰(zhàn)爭 “ 捕食者 ” 、 “ 獵人 ” 、 “ 先鋒 ” 、 “ 紅隼 ” 、 CL28 “ 不死鳥 ” 等 俄羅斯車臣反恐戰(zhàn)爭 “ 蜜蜂 ” － 1T、圖－ 243 (2) 14 2020 年阿富汗戰(zhàn)爭 “ 捕食者 ” 、 “ 獵人 ” 、 “ 全球鷹 ” 等 2020 年伊拉克戰(zhàn)爭 “ 捕食者 ” 等十幾種無人機 當前美、以反恐行動 “ 捕食者 ” 、 “ 獵人 ” 、 “ 搜索者 ” 表 歷次參戰(zhàn)的無人機完成的主要作戰(zhàn)功能 歷次戰(zhàn)爭名稱 主要作戰(zhàn)功能 偵察 欺騙 干擾 監(jiān)視 中繼 對地攻擊 越南戰(zhàn)爭 ? 第四次中東戰(zhàn)爭 ? ? 貝卡谷地空戰(zhàn) ? ? ? 1991 年海灣戰(zhàn)爭 ? ? ? ? ? 1995 年科索沃戰(zhàn)爭 ? ? ? ? ? 俄羅斯車臣反恐戰(zhàn)爭 ? ? 2020 年阿富汗戰(zhàn)爭 ? ? ? ? 2020 年伊拉克戰(zhàn)爭 ? ? ?