時間：2023-04-06 18:46:54
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1.經(jīng)濟發(fā)展的需求
民用直升機在促進經(jīng)濟發(fā)展的過程中占據(jù)著重要的位置，尤其是對于農(nóng)林作業(yè)和工業(yè)作業(yè)而言。農(nóng)林航空包括護林防火、播種和病蟲害防治等，對于改善農(nóng)、林、牧、漁業(yè)的作業(yè)方式，提高勞動生產(chǎn)率，加快實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化可以起到很大的推動作用。隨著我國糧食安全問題的重要性日漸突出和對生態(tài)環(huán)境的重視，農(nóng)林作業(yè)航空必將有進一步的發(fā)展。工業(yè)航空包括水利建設(shè)、鐵路建設(shè)、石油開發(fā)、輸油輸氣管線的建設(shè)和維護等，在開發(fā)早期的土地資源調(diào)查中，工業(yè)航空是必不可少的。直升機是工業(yè)航空使用極多的一種航空器。例如，在海上石油開發(fā)過程中，相比船舶運輸，直升機既安全又快捷，近海油田開采使用的直升機數(shù)量占民用直升機總數(shù)的1/5左右。
2.城市建設(shè)的需求
直升機與城市建設(shè)息息相關(guān)，直升機可以在各種復(fù)雜空間內(nèi)暢通無阻的飛行，作為空中機動平臺和作業(yè)工具，直升機將為城市資源的優(yōu)化和整合提供新方法、增加新維度、提高資源的利用效率。
3.公共服務(wù)的需求
為社會提供良好的公共服務(wù)是服務(wù)型政府的重要職能，也是改善社會管理的重要內(nèi)容，公共服務(wù)領(lǐng)域?qū)⒊蔀橹鄙龣C應(yīng)用的新領(lǐng)域。直升機在治安管理、城市消防、應(yīng)急救援、醫(yī)療急救等社會公益領(lǐng)域都能發(fā)揮重要的作用，目前已經(jīng)有一些城市開始啟用直升機參與公共服務(wù)。隨著低空空域管制放寬，將有更多的直升機投入應(yīng)用，未來20年內(nèi)全國的應(yīng)用數(shù)量將會突破1000架。
4.航空旅游和航空運動的需求
據(jù)統(tǒng)計，世界上有1000多家通用航空公司正在開展空中游覽和航空旅游業(yè)務(wù)，直升機帶動了旅游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前，全世界大約有45%的通用航空飛行小時數(shù)是由航空旅游產(chǎn)生的。航空體育運動不僅可以為國防服務(wù)，為國家培養(yǎng)航空后備隊，而且隨著私用飛機駕照培訓(xùn)正在逐漸興起，這一領(lǐng)域還會成為通用航空產(chǎn)業(yè)新的突破點。
二、民用直升機產(chǎn)業(yè)鏈分析
民用直升機產(chǎn)業(yè)屬于高關(guān)聯(lián)行業(yè)，具有高技術(shù)、高附加值、高風(fēng)險、高效益等產(chǎn)業(yè)特征，對拉動內(nèi)需及提高人民生活水平都大有裨益。民用直升機產(chǎn)業(yè)鏈一般可分為3大部分：飛機制造、企業(yè)運營及支撐運營的基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)業(yè)。直升機制造包括飛機研發(fā)、總體設(shè)計、零部件加工、發(fā)動機與機載設(shè)備研發(fā)生產(chǎn)、飛機總裝及交付試飛；直升機企業(yè)運營包括使用直升機進行各種類型的飛行；飛行服務(wù)保障包括機場、飛機維護與修理、油料儲運、航材儲備與供應(yīng)、航務(wù)服務(wù)、導(dǎo)航設(shè)施與空管指揮等。在經(jīng)濟全球化背景下，直升機產(chǎn)業(yè)逐漸成為全球性產(chǎn)業(yè)，形成了各個環(huán)節(jié)在不同區(qū)域集聚發(fā)展的分工網(wǎng)絡(luò)。雖然我國民用直升機產(chǎn)業(yè)正在形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈條，但在國外通用航空產(chǎn)業(yè)的巨大沖擊下，產(chǎn)業(yè)內(nèi)競爭劇烈，產(chǎn)業(yè)環(huán)境不容樂觀。以直升機制造業(yè)為例，我國直升機制造業(yè)主要以轉(zhuǎn)包生產(chǎn)的方式為全球整機制造商和結(jié)構(gòu)件制造商提供初級零部件產(chǎn)品，從事低技術(shù)的加工和組裝。產(chǎn)品附加值低，設(shè)計和研發(fā)能力弱，投入與創(chuàng)新不足，嚴(yán)重依賴國外的核心技術(shù)和關(guān)鍵產(chǎn)品，導(dǎo)致我國飛機制造業(yè)在全球價值鏈中處于被動從屬地位和價值鏈的低端。隨著我國通用航空市場的發(fā)展、成熟與完善，建立以飛機制造為中心，圍繞飛機制造進行配套生產(chǎn)、提供服務(wù)的園區(qū)發(fā)展模式，將成為未來發(fā)展的一種趨勢。研發(fā)制造、通航運營、客戶培訓(xùn)、服務(wù)保障是直升機產(chǎn)業(yè)鏈的4個核心環(huán)節(jié)。民用直升機產(chǎn)業(yè)的未來發(fā)展特征是通航發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施先行；運營托管，導(dǎo)入市場需求；維修培訓(xùn)，促進產(chǎn)業(yè)發(fā)展；飛機制造，由外而內(nèi)、先部件后整機。
三、民用直升機市場的發(fā)展不足
雖然當(dāng)前我國通用航空業(yè)日益受到關(guān)注，民用直升機產(chǎn)業(yè)也有了不小的發(fā)展，但由于發(fā)展環(huán)境受限、行業(yè)自身成長缺陷及消費觀念落后等問題，民用直升機的發(fā)展現(xiàn)狀相對于經(jīng)濟社會發(fā)展的需求還嚴(yán)重滯后。
1.發(fā)展規(guī)模不足
目前，我國通用航空但與國外相比差距仍舊較大。目前全世界大約有私人飛機30余萬架，其中2/3在美國，中國的私人飛機只有200架左右，數(shù)量很少。以民用直升機為例，美國有近3萬架直升機，俄羅斯直升機有3000多架，加拿大有1000多架，巴西也有500多架。截至2010年底，在中國民航注冊的直升機僅有206架，機型近30種。中國民用直升機擁有量不及世界民用直升機總數(shù)的1％，僅巴西圣保羅一個城市所擁有的民用直升機數(shù)量就超過中國的總和。
2.保障體系不完善
目前，我國民用直升機在基礎(chǔ)設(shè)施、空域管理、人力資源、產(chǎn)品服務(wù)能力等方面還存在諸多不足，尚未建立起配套齊全、運行良好、專業(yè)高效的民用直升機服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。民用直升機訓(xùn)練、轉(zhuǎn)場、作業(yè)等空域申請程序較為復(fù)雜，缺乏相應(yīng)的機場和起降點，油料供給匱乏，行業(yè)整體人才和技術(shù)儲備薄弱。目前的城市規(guī)劃既沒有考慮到生產(chǎn)性的飛行需求，也沒有針對直升機起落和通航需要的配套設(shè)施進行規(guī)劃。在應(yīng)急救援方面，缺乏配套服務(wù)體系和統(tǒng)一的指揮、管理與協(xié)調(diào)。與世界發(fā)達國家相比，我國還沒有建立專門的直升機搜救體系，一旦遇到突發(fā)事件，都是采取臨時緊急調(diào)用的辦法，不僅運行效率低，專業(yè)技術(shù)水平也差。同時，我國應(yīng)急救援直升機數(shù)量有限，據(jù)統(tǒng)計，全國只有200架左右的民用直升機可用于應(yīng)急救援，運行密度極低，是主要西方國家平均水平的1/25。
3.自主品牌缺乏
我國民用直升機機隊中九成以上是外國產(chǎn)直升機，，自主生產(chǎn)的直升機大都是軍用機，雖然現(xiàn)階段有了以AC系列為代表的一批民用直升機，但與世界先進水平相比尚有一定差距。在一些應(yīng)急救援和突發(fā)危機管理中，目前民用直升機尚不能擔(dān)當(dāng)此重任。例如，汶川地震后，我國政府緊急調(diào)用軍民用直升機154架飛赴災(zāi)區(qū)，其中民用直升機只有42架，國產(chǎn)直升機只有14架，遠遠不能滿足日益增多的自然災(zāi)害救援和社會應(yīng)急管理的需要。
四、結(jié)論與政策性建議
改革開放以來，我國的通用航空事業(yè)雖然取得了不小的進步，但受發(fā)展環(huán)境、發(fā)展體制、發(fā)展理念、經(jīng)營機制等諸多因素制約，發(fā)展明顯不足。近年來，在低空空域逐漸開放的政策環(huán)境下，我國通用航空存在較大的發(fā)展空間，根據(jù)中美航空合作項目（ACP）的研究，我國從2009年到2015年，通用航空的直接經(jīng)濟效益可為50億～100億元，可提供3.3萬～6萬個就業(yè)機會；整個通用航空產(chǎn)業(yè)收益預(yù)期為140億～240億元，能提供13.2萬～24萬個就業(yè)機會。民用直升機作為通用航空的主要飛行工具，在國民經(jīng)濟發(fā)展中的市場需求無疑是巨大的，但由于空域管理、保障體系等方面還不夠完善，相關(guān)產(chǎn)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)還不夠強大，核心技術(shù)還有所欠缺，我國民用直升機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展面臨諸多困難。筆者認(rèn)為，應(yīng)從政策、制度、理念、保障體系等方面推動民用直升機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
第一，對民用直升機產(chǎn)業(yè)政策進行頂層設(shè)計，加快直升機產(chǎn)業(yè)體系建設(shè)。目前我國通用航空正處于生長期，西方各大直升機制造公司已紛紛看上了中國的通用航空市場。在國際競爭日漸激烈的情形下，扶持國產(chǎn)直升機工業(yè)，提高國產(chǎn)直升機產(chǎn)出能力，加速發(fā)展具有自主知識產(chǎn)權(quán)的直升機產(chǎn)業(yè)已迫在眉睫。為此，需要制定相應(yīng)的財稅、金融、投資、采購及土地使用等政策，推動行業(yè)資源優(yōu)化整合，通過資本市場實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)資源優(yōu)化配置。
第二，建立適合低空空域開放和用戶特點的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系，完善低空空域使用許可制度，提高空管服務(wù)水平。借鑒通用航空發(fā)達國家的管理經(jīng)驗，分析不同類別用戶需求和飛行活動的特點，提高空域資源利用率，以滿足低空開放環(huán)境下民用直升機的發(fā)展需要。
第三，加快服務(wù)保障基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。強化直升機起降點、空管及油料保障設(shè)施設(shè)備的建設(shè)，做好通航機場網(wǎng)絡(luò)、空情雷達網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)急通信系統(tǒng)建設(shè)，增強直升機發(fā)展的服務(wù)保障供給能力。對于現(xiàn)有直升機專業(yè)人才培養(yǎng)的航空專業(yè)機構(gòu)給予重點關(guān)注，從學(xué)科和實踐兩個層面加大扶持力度，加大直升機專業(yè)人才培養(yǎng)和研制經(jīng)費投入，并逐步完善培養(yǎng)體系。
第四，將民用直升機的設(shè)計、生產(chǎn)、銷售及維修服務(wù)全面納入民航機的適航管理體制，建立完整、統(tǒng)一并與國際標(biāo)準(zhǔn)相銜接的標(biāo)準(zhǔn)體系，通過國際合作和轉(zhuǎn)包生產(chǎn)，引進西方項目管理的先進經(jīng)驗。同時，針對我國高原山區(qū)較多的現(xiàn)狀，加快適合中國國情的民用直升機的研制。
通用航空是指除從事公共航空運輸（客運或貨運）以外的民用航空。通用航空具有機動靈活、快速高效等特點，作業(yè)項目覆蓋了農(nóng)、林、牧、漁、工業(yè)、建筑、科研、交通、娛樂等多個行業(yè)，主要是在3000m以下空域飛行。通用航空的具體內(nèi)容包羅萬象，我們熟知的通用航空有以下幾種：航空攝影、醫(yī)療救護、氣象探測、空中巡查、人工降水等。其他類型包括海洋監(jiān)測，陸地及海上石油服務(wù)，飛機播種，空中施肥等。另外公務(wù)機飛機和私人飛機都屬于通用航空范疇之內(nèi)。與地面交通類比，通用航空客比作出租車運營；民航公司可比作公交運輸。我國是農(nóng)業(yè)大國，通用飛機的廣泛應(yīng)用是發(fā)達國家農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的一個重要方面。西部地區(qū)與資源優(yōu)勢由于交通不便而長期得不到發(fā)揮，交通已成為制約西部地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸，西部大開發(fā)需要通用航空。據(jù)民航局預(yù)測顯示，預(yù)計未來5～10年，我國需要各類通用航空飛機10000到12000架，通用航空飛機數(shù)量的年均增長率將達到30%，通用航空及其帶動的產(chǎn)業(yè)將形成一萬億元人民幣以上的市場容量。隨著中國經(jīng)濟的發(fā)展，公務(wù)飛行、商用飛行、空中游覽、私人駕照培訓(xùn)，正受到越來越多人的青睞，在市場需求的推動下，通用航空服務(wù)的領(lǐng)域?qū)⒊霈F(xiàn)快速的發(fā)展。在有這樣巨大發(fā)展前景的市場中，衛(wèi)星通信的應(yīng)用將是不可或缺的解決通信需求的方案之一，在面對挑戰(zhàn)同時，衛(wèi)星通信只有抓住機遇努力滿足市場需求，創(chuàng)新開拓應(yīng)用服務(wù)于這一領(lǐng)域。
二、民用航空使用頻率規(guī)劃
（Ku/Ka/L頻段可應(yīng)用范圍）依據(jù)《中華人民共和國無線電頻率劃分規(guī)定》，民用航空無線電頻率使用和業(yè)務(wù)主要分為：1）制式無線電臺是指為確保航空器的安全，在制造完成時必須安裝在其上的無線電設(shè)備。2）非制式無線電臺是指制式無線電臺以外的無線電臺。如:機載客艙衛(wèi)星通信電臺。3）航空移動業(yè)務(wù)是指在航空電臺和航空器電臺之間,或航空器電臺之間的一種移動業(yè)務(wù)。營救器電臺可參與此種業(yè)務(wù)；應(yīng)急示位無線電信標(biāo)電臺使用指定的遇險與應(yīng)急也可參與此種業(yè)務(wù)。4）航空電臺是指用于航空移動業(yè)務(wù)的陸地電臺。在某些情況下，航空電臺也設(shè)在船舶或海面工作平臺上。衛(wèi)星通信在民用航空應(yīng)用中又主要劃分為駕駛艙（前艙）和客艙（后艙）。駕駛艙（前艙）通信需要高度完整性和快速響應(yīng)的安全和正常通信，屬于衛(wèi)星航空移動（R）業(yè)務(wù)，主要分為空中交通服務(wù)部門用于空中交通管制、飛行情報與報警的安全相關(guān)通信，以及航空器承運人進行的、會影響到空中運輸?shù)陌踩?、正常和效率的通信[航空運行管理控制通信（AOC）]。民航局《航空公司運行控制衛(wèi)星通信實施方案》中推薦使用的衛(wèi)星通信系統(tǒng)有海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)、銥星系統(tǒng)和Ku衛(wèi)星系統(tǒng)。客艙(后艙)通信是為航空承運人的私人通信[航空行政通信（ACC）]服務(wù)，以及公眾通信[航空旅客通信（APC）]。目前在國際上使用的客艙（后艙）通信系統(tǒng)主要有海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)、Ku衛(wèi)星系統(tǒng)及Ka衛(wèi)星系統(tǒng)。具體使用頻率規(guī)劃如表1所示。
三、民用航空的衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)運營系統(tǒng)現(xiàn)狀
1.衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)與資源目前國際民航駕駛艙（前艙）衛(wèi)星通信多使用的是L和S頻段衛(wèi)星通信系統(tǒng)，采用衛(wèi)星移動通信使用的L、S頻段。而衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的建設(shè)是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，國內(nèi)尚無自建的商用衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)投入運行。國內(nèi)正在使用或準(zhǔn)備使用的商用衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)都是由國外運營商提供的服務(wù)。國外商用衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)主要包括：海事衛(wèi)星系統(tǒng)（Inmarsat）、銥星系統(tǒng)（Iridium）、全球星ICO系統(tǒng)（Globalstar）、亞洲蜂窩衛(wèi)星系統(tǒng)（ACes）和Thuraya等。具體所用衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)具體所用頻率范圍如表2所示。在客艙（后艙）衛(wèi)星通信應(yīng)用方面，中國衛(wèi)通集團公司目前擁有12顆在軌衛(wèi)星，可以提供以覆蓋中國及周邊地區(qū)的Ku頻段衛(wèi)星通信服務(wù)資源，并計劃在2015年，達到擁有15顆以上在軌衛(wèi)星。在衛(wèi)星頻率資源使用上將形成C、Ku與S、L、Ka頻段相結(jié)合，固定廣播通信衛(wèi)星與移動廣播通信衛(wèi)星結(jié)合，覆蓋范圍廣、用途多樣的衛(wèi)星空間段資源體系。中國衛(wèi)通現(xiàn)有運營在軌衛(wèi)星情況如表3所示?？紤]到航空運輸飛行國際、國內(nèi)航線的特點，從衛(wèi)星資源的服務(wù)能力來看，尤其是至今我國沒有自主可管可控，用機駕駛艙（前艙）衛(wèi)星通信的L和Ka頻段衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；即使是Ku頻段衛(wèi)星，目前我國自主運營的衛(wèi)星服務(wù)能力，不論是覆蓋范圍，還是軌道頻率資源，也遠遠不能適應(yīng)滿足我國航空市場發(fā)展衛(wèi)星通信需求。這既是對我國衛(wèi)星通信運營服務(wù)提出的挑戰(zhàn)，更是開拓衛(wèi)星通信服務(wù)業(yè)務(wù)的機遇和發(fā)展應(yīng)用潛力。
2.用戶終端設(shè)備由于我國在這方面應(yīng)用起步晚，再加上用于航空領(lǐng)域的準(zhǔn)入門檻制約，目前用于駕駛艙（前艙）衛(wèi)星通信的L頻段終端系統(tǒng)設(shè)備，以及用于后艙（客艙）衛(wèi)星通信的Ku和Ka頻段終端系統(tǒng)設(shè)備，全部是由國外廠商提供，幾乎全面占領(lǐng)我國終端系統(tǒng)設(shè)備市場。民航飛機上衛(wèi)星通信設(shè)備的制造門檻很高，除了要遵循現(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，還要得到國際有關(guān)機構(gòu)認(rèn)可，為了國家信息安全的需要，國內(nèi)廠商在這一領(lǐng)域還需要努力追趕，有所作為。駕駛艙（前艙）衛(wèi)星通信的L頻段終端系統(tǒng)設(shè)備主要有：霍尼韋爾,柯林斯，泰雷斯公司等。后艙（客艙）衛(wèi)星通信的Ku和Ka頻段終端系統(tǒng)設(shè)備主要有：Row44，Panasonic，GoGo，Aerosat等。后艙（客艙）衛(wèi)星通信終端天線系統(tǒng)如圖4所示。的通信系統(tǒng)多數(shù)是高頻和甚高頻通信系統(tǒng)，衛(wèi)星通信的應(yīng)用多是使用銥星系統(tǒng)，海事衛(wèi)星，Globalstar,Thuraya,ACeS等衛(wèi)星系統(tǒng)，以及與這些衛(wèi)星系統(tǒng)相配的L頻段在軌衛(wèi)星系統(tǒng)的終端設(shè)備。駕駛艙（前艙）衛(wèi)星通信終端設(shè)備如圖5所示。
3.網(wǎng)絡(luò)運營和用戶業(yè)務(wù)管控從國家戰(zhàn)略安全考慮，在航空運輸飛行網(wǎng)絡(luò)運營和用戶業(yè)務(wù)管控方面，更需要建立可管可控的航空衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)運營和用戶業(yè)務(wù)管控系統(tǒng)。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)運行管理主要是負(fù)責(zé)管理、監(jiān)控和維護機載通信全系統(tǒng)，實時對全網(wǎng)系統(tǒng)涉及衛(wèi)星、地面網(wǎng)絡(luò)和終端設(shè)備等工作狀態(tài)進行管理、監(jiān)控，實時對運營網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)用戶使用情況，進行本地或者遠程、監(jiān)控、維護和計費結(jié)算等管理，對網(wǎng)絡(luò)運營和業(yè)務(wù)運營數(shù)據(jù)進行存儲、備份管理，對網(wǎng)絡(luò)運營中出現(xiàn)的包括衛(wèi)星系統(tǒng)、終端設(shè)備和用戶使用等問題，進行實時分析排查，及時警示和問題預(yù)先發(fā)現(xiàn)等必要的日常維護，保障全網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運行安全正常。民航衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)橫跨通信信息傳輸服務(wù)和民用航空飛行運輸服務(wù)，在相關(guān)系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范、業(yè)務(wù)運營管理、設(shè)備準(zhǔn)入等方面，必須同時滿足國家對民航飛行安全，信息通信網(wǎng)絡(luò)傳輸安全，信息內(nèi)容安全和數(shù)據(jù)存儲安全規(guī)定要求。民航衛(wèi)星通信涉及國家信息安全，有必要在網(wǎng)絡(luò)運營和用戶業(yè)務(wù)管控方面在滿足國家相關(guān)法規(guī)要求前提下，做到完全自主，實現(xiàn)業(yè)務(wù)運營可管可控。
四、結(jié)論
控制增穩(wěn)的控制律設(shè)計,首先要滿足穩(wěn)定性要求。設(shè)計實踐經(jīng)驗表明,在線性設(shè)計階段,應(yīng)力求留出足夠的幅值穩(wěn)定裕量和相位裕量;從而使非線性設(shè)計和實際系統(tǒng)交付時,得以滿足6分貝幅值裕量和45°相位裕量的指標(biāo)要求。具體設(shè)計指標(biāo)如下。滾轉(zhuǎn)軸操縱具備滾轉(zhuǎn)角速度控制/傾斜角姿態(tài)保持響應(yīng)類型,并具有自動轉(zhuǎn)彎協(xié)調(diào)能力。偏航角操縱具備常規(guī)的側(cè)滑角控制響應(yīng)類型,而由側(cè)滑引起的滾轉(zhuǎn)趨勢可以通過副翼調(diào)節(jié)自動防御。荷蘭滾阻尼比大于0.5,滾轉(zhuǎn)角速度響應(yīng)零點和荷蘭滾極點盡量對消,以提高乘坐品質(zhì)。滾轉(zhuǎn)模態(tài)半衰期足夠小。
1.1基于滾轉(zhuǎn)角速率反饋副翼的控制方案
滾轉(zhuǎn)角速率反饋的主要目的是減少飛機滾轉(zhuǎn)性能隨飛行條件的變化?？梢栽谔岣邉臃€(wěn)定性的同時,改善以致消除滾轉(zhuǎn)角速率振蕩引起的傾斜角振蕩,并在全包線內(nèi)獲得良好的橫航向控制增穩(wěn)能。
1.2基于側(cè)向過載或側(cè)滑角反饋控制方案
引入側(cè)向過載或側(cè)滑角反饋有利于提高荷蘭滾模態(tài)頻率。同時引入偏航角速率和側(cè)向過載反饋不僅可以補償航向靜安定度,而且有助于減小滾轉(zhuǎn)機動和側(cè)向擾動時的側(cè)向過載和側(cè)滑角。因此,在偏航通道和滾轉(zhuǎn)通道中分別引入滾轉(zhuǎn)角速率反饋和偏航角速率反饋可以增加相應(yīng)通道的阻尼比,引入側(cè)滑角或側(cè)向過載反饋則可以增加系統(tǒng)靜穩(wěn)定性,但同樣會減小系統(tǒng)阻尼。以上三種反饋控制方案的優(yōu)、缺點總結(jié)于表1中。對于橫側(cè)向增穩(wěn)來說,單獨引入角速率反饋、側(cè)向過載或側(cè)滑角反饋不會使系統(tǒng)有較理想的特性。由于滾轉(zhuǎn)和偏航運動的耦合關(guān)系,通常采用在副翼通道中引入滾轉(zhuǎn)角速率、側(cè)滑角、側(cè)向過載反饋、在方向舵通道中引入偏航角速率、側(cè)向過載、側(cè)滑角反饋的綜合增穩(wěn)控制方案,如圖1所示。
(1)在滾轉(zhuǎn)通道中引入滾轉(zhuǎn)角速率反饋可以提高飛機的滾轉(zhuǎn)阻尼;在偏航通道中引入偏航角速率的負(fù)反饋,增大了荷蘭滾的阻尼比,實現(xiàn)了偏航阻尼的功能,從而改善了高空飛行時的航向阻尼和荷蘭滾阻尼特性。
(2)引入與副翼偏轉(zhuǎn)同極性的正反饋比例信號,可以減小側(cè)滑角,以實現(xiàn)自動協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎。
(3)在偏航通道中引入側(cè)滑角的負(fù)反饋,可以增大航向運動的固有頻率,起到偏航增穩(wěn)系統(tǒng)的功能。
(4)在副翼通道引入側(cè)滑角或側(cè)向過載信號,使副翼產(chǎn)生滾轉(zhuǎn)力矩以減小飛機過大的橫向靜穩(wěn)定性導(dǎo)數(shù),來改善飛機的滾擺比。
2民用飛機橫航向增穩(wěn)系統(tǒng)設(shè)計與分析
對自然飛機的穩(wěn)定性仿真可知,原系統(tǒng)滾轉(zhuǎn)阻尼、荷蘭滾阻尼、航向靜穩(wěn)定性都不夠,荷蘭滾模態(tài)與滾轉(zhuǎn)模態(tài)之間存在嚴(yán)重耦合,造成系統(tǒng)響應(yīng)振蕩劇烈,因此,為使系統(tǒng)具有較好的動態(tài)特性和穩(wěn)定性,需要進行增穩(wěn)控制。除了在航向通道中沒有引入與副翼偏轉(zhuǎn)同極性的正反饋比例信號,本文采用了圖1所示的增穩(wěn)系統(tǒng)架構(gòu)來進行控制律設(shè)計。常規(guī)控制律設(shè)計方法主要采用經(jīng)典單回路頻域或根軌跡方法設(shè)計。當(dāng)隨著民用飛機結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜,各運動模態(tài)之間的耦合更加密切,控制系統(tǒng)變得更加復(fù)雜,經(jīng)常為多輸入多輸出系統(tǒng),這些都使得常規(guī)的單回路設(shè)計方法難以完成相應(yīng)的飛行控制設(shè)計。因此現(xiàn)代設(shè)計方法逐漸被應(yīng)用到飛行控制系統(tǒng)設(shè)計中,如最優(yōu)二次型設(shè)計方法、LQG/LTR方法、特征結(jié)構(gòu)配置方法、非線性系統(tǒng)動態(tài)逆設(shè)計方法等。本文采用最優(yōu)二次型設(shè)計方法對橫航向增穩(wěn)控制律進行設(shè)計,該方法主要優(yōu)點在于為了使性能代價函數(shù)最小化,所有控制增益能同時獲得。
3結(jié)語
1遙控多軸航拍系統(tǒng)的優(yōu)勢
1.1飛行審批手續(xù)簡單
目前，我國對民用航空采取的是比較嚴(yán)格的管制措施，《中國人民共和國航空法》第七十四條規(guī)定：民用航空器在管制空域內(nèi)進行飛行活動，應(yīng)當(dāng)取得空中交通管制單位的許可。這就要求任何單位或個人的飛行都需要向空中交通管制單位申報。不僅報批周期較長，而且對申報主題的資格限制也相當(dāng)嚴(yán)格——一般單位或個人很難得到審批。相對而言，小型無人飛行具備體積小巧、飛行高度低、飛行速度慢等特點，在非特殊區(qū)域外飛行時，基本不需要審批。因此，使用小型無人飛行器進行航拍無疑具有得天獨厚的優(yōu)勢。
1.2設(shè)計影視制作成本低廉
遙控多軸航拍系統(tǒng)在本質(zhì)上屬于航空模型，所需要的設(shè)計方案、配件、耗材等在市場上隨處可見，購置便利。尤其是近年來迅速普及的遙控多軸飛行器，與傳統(tǒng)的固定翼飛機、直升機相比，具備整體設(shè)計簡單、電氣件一體化、機械結(jié)構(gòu)堅固、影視制作過程簡單等突出特點，對影視制作者動手能力的要求亦較低，只需經(jīng)過簡單培訓(xùn)，初學(xué)者也能影視制作出簡單的遙控多軸飛行器。
1.3操作簡單不易失控
目前，遙控多軸航拍飛行器必備的飛行控制系統(tǒng)均內(nèi)置有智能失控保護裝置，通過與GPS和遙控器交聯(lián)，能夠?qū)崟r感知飛行器的飛行姿態(tài)，并做出反饋，精確調(diào)整各個發(fā)動機的功率，實現(xiàn)飛行器的平穩(wěn)控制。另外，智能失控保護裝置還能確保飛行器在失去遙控信號的極端情況下，也能自動懸停，并在信號消失且無法恢復(fù)的情況下，精確找到起飛點，以事先確定的安全路線和高度自動降落，最大程度上避免飛行器的墜毀。
1.4飛行環(huán)境要求較低
多軸飛行器的體積優(yōu)勢令其在起飛與降落環(huán)節(jié)對場地的要求極低。我單位配備的是國產(chǎn)大疆四軸飛行器，最小攜行狀態(tài)直徑約0.6m，工作狀態(tài)直徑約0.9m。通過測試，其最小安全起降面積不超過9m2，最低安全起飛高度不超過3米，最近安全遙控距離不超過2米，對航拍環(huán)境的要求極低，非常適合在樓宇、景區(qū)等人群聚集的地方使用。同時，由于多軸飛行器的姿態(tài)控制是通過改變發(fā)動機輸出功率來實現(xiàn)，在數(shù)字化飛行控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)下，能夠?qū)崿F(xiàn)飛行姿態(tài)的精確控制，對復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)能力更強。無論是在街道、立交橋等復(fù)雜開放環(huán)境，還是在車庫、展會等密閉環(huán)境中，均能實現(xiàn)有效控制，將一旦發(fā)生墜機后造成附帶危險的可能性降至最低。
2遙控多軸航拍系統(tǒng)的缺陷
2.1飛行范圍小、續(xù)航時間短
就動力源來說，與傳統(tǒng)的油機相比，電機的功率密度較大，達到最大輸出功率的時間較短，且體積和振動均較小，安裝方面，后期維護簡單。因此，絕大多數(shù)航空模型選擇使用電機作為動力源，多軸飛行器亦不例外。目前主流的多軸飛行器使用的多為無刷電機。但是，使用電機作為動力源則無法回避電池能量密度低的天生缺陷。與生物燃料相比，電池的能量密度較低，大約僅相當(dāng)于汽油的1/30，持續(xù)輸出最大功率的時間太短。以目前我部使用的四軸飛行器來說，電池型號是雙天的XP50003GT-S，電壓11.1伏，容量5000毫安，最長持續(xù)飛行時間僅為8分鐘。出于安全考慮，持續(xù)飛行時間通?？刂圃?分鐘以內(nèi)。在執(zhí)行拍攝任務(wù)時，如此短的時間僅能滿足一個鏡頭的拍攝需要，如果需要反復(fù)拍攝的話，只能通過多次起降來實現(xiàn)，拍攝效率較低。
2.2飛行速度慢、特技動作少
就飛行原理來說，多軸飛行器的行進、平移和轉(zhuǎn)向所依靠的是不同槳葉之間的轉(zhuǎn)速差所產(chǎn)生的升力差。由于沒有配備專用的推進發(fā)動機，多軸飛行器的飛行速度較慢，在100米以上拍攝移動畫面時會出現(xiàn)速度不足的感覺，畫面出現(xiàn)長時間停滯不動的現(xiàn)象，缺少航拍縱覽全景的流動感，所以在廣袤空曠的地域進行長距離、快速航拍時不宜使用。此外，多軸飛行器的外露連接部件多，亦不適合在林地、灌木間做比較復(fù)雜的機動動作。
2.3飛行載荷小、抗風(fēng)能力弱
多軸航拍系統(tǒng)的動力來自于電動機，雖然自身重量較小、提速較快，但冗余動力小，在提供正常飛行動力外，難以承載多余重量。就我部配備的多軸航拍系統(tǒng)來說，只能掛載重量不超過200克的GOPRO運動攝像機，且只能在4級風(fēng)的情況下飛行，如果地形復(fù)雜，需要機動，則飛行條件還需要降低，一般不能超過2級風(fēng)。
3如何更好地發(fā)揮遙控多軸航拍系統(tǒng)的作用
3.1做好前期籌劃，細(xì)節(jié)考慮周全
根據(jù)腳本制定周密的拍攝計劃方案，做到謀劃在先。在升空拍攝之前，要對拍攝范圍內(nèi)的景物進行整體觀察和綜合分析，找出最能突出形象、氣質(zhì)和品格的景物來，并根據(jù)影視拍攝連續(xù)性的特點，確定航拍線路、方位、高度和頻次等，形成連貫的攝制方案，爭取做到全局在胸，一次成功。
3.2統(tǒng)籌工作全局，突出航拍特點
飛行器在空中拍攝時應(yīng)選擇大氣透明度高的天氣和時間。除非特殊需要，操作時盡量不要迎著陽光方向拍攝，防止鏡頭進光。飛行時注意事先查看拍攝路線上方的電線、樹枝或其他障礙物。在環(huán)拍景物時，注意合理設(shè)置遙控地面站，或采用地面車輛伴隨控制的方式，避免失控發(fā)生。
3.3靈活把握時機，提升拍攝效率
關(guān)鍵詞：光學(xué)測量，逆向工程，航空鈑金制造，測量分析
在先進的計算機輔助技術(shù)集成應(yīng)用，逆向工程則是非常重要的一個例子，也能構(gòu)成計算機集成制造系統(tǒng)的重要一個分支。當(dāng)前的逆向工程主要則是體現(xiàn)出對于實物進行有效的逆向重構(gòu)的過程，就是能進行相關(guān)的實物的CAD模型重構(gòu)，以及能夠制造相關(guān)的 最終產(chǎn)品[1]。
對于數(shù)據(jù)測量來說，利用相關(guān)的測量方法以及設(shè)備，能夠用離散的幾何點來表示物體的表面形狀，通過有效的坐標(biāo)來表示，通過相關(guān)的計算機信息技術(shù)，有效保證復(fù)雜曲面的制造、改進以及建模活動。所以，能夠有效對于工件表表面的數(shù)據(jù)進行高效、高精度的采樣處理，這則是逆向工程的關(guān)鍵技術(shù)之一，也是最為基本且不可或缺的基本步驟，直接影響到測量數(shù)據(jù)以及最終模型的質(zhì)量，影響工程的質(zhì)量以及效率問題。
1 逆向設(shè)備的測量方法概述
當(dāng)前，針對多種多樣的產(chǎn)品表面數(shù)據(jù)測量方法來說，具有不相同的測量原理。對于逆向工程測量過程中，應(yīng)該注重測量方法選擇，因為，這將影響到測量本身的經(jīng)濟性、速度以及精度，以及涉及到后續(xù)的數(shù)據(jù)類型和處理方式都存在不同。相應(yīng)的零件表面以及測量探頭的接觸情況下，對于零件表面數(shù)據(jù)在逆向工程中的獲取方式，主要包括非接觸式以及接觸式兩種。接觸方式根據(jù)相應(yīng)的測量探頭不同，則包括連續(xù)式以及觸發(fā)式兩種。在相應(yīng)的非接觸式的原理中，可以看出，包括非光學(xué)式以及光學(xué)式[2]。其中，對于非光學(xué)式測量中，主要有層析法、超聲波法、MRI測量法和CT測量法；在光學(xué)式測量中，主要包括激光干涉法、計算機視覺法、結(jié)構(gòu)光法、激光衍射法、三角形法等。
2光學(xué)測量系統(tǒng)及測量數(shù)據(jù)特征分析
2.1 ATOS&Tritop光學(xué)測量系統(tǒng)
經(jīng)過分析，當(dāng)前最為成熟的三維形狀測量方法則是結(jié)構(gòu)光法，這也是典型的非接觸式測量方法，應(yīng)用范圍非常廣泛，其中的典型代表則是ATOS測量系統(tǒng)。對于其ATOS掃描頭來說，主要包括兩個高分辨率的工業(yè)CCD相機以及相對應(yīng)的光柵投影單元構(gòu)成，通過有效的結(jié)構(gòu)光測量，能夠讓一組具有相位信息的光柵條紋在光柵投影單元的幫助下，有效投影到側(cè)臉工件的表面。根據(jù)立體相機測量的原理，能夠?qū)崿F(xiàn)高分辨率數(shù)碼相機的同步測量，這樣就能把物體的三維數(shù)據(jù)以及表面高密度在較短時間內(nèi)獲取。通過相關(guān)的參考點拼接技術(shù)，能夠有效自動對齊相關(guān)的不同位置的測量數(shù)據(jù)，完成全部的掃描結(jié)果。
根據(jù)Tritop拍照測量定位系統(tǒng)來說，對于掃描大而復(fù)雜的零件情況下，為了能夠?qū)τ趯ο笊系膮⒖键c能夠穩(wěn)定地控制，在實際中，應(yīng)該定義ATOS的坐標(biāo)測量系統(tǒng)中，利用好Tritop參考點。
2.2測量數(shù)據(jù)特征分析
根據(jù)測量的數(shù)據(jù)進行分析，主要可以包括網(wǎng)格化點、散亂點以及有序點等三種類型。針對ATOS光學(xué)測量系統(tǒng)進行分析，其相應(yīng)的測量數(shù)據(jù)就是具有散亂無序的特點。對于核磁共振成像、CT層法的得到的點云數(shù)據(jù)來說，在一系列的平行平面中分布相應(yīng)的測量數(shù)據(jù)點，能夠通過小線段對于平面內(nèi)距離最小的相關(guān)鄰接點進行順序連接，這樣就可以得到相應(yīng)的平面一組三角數(shù)據(jù)。
3 光學(xué)測量系統(tǒng)ATOS&Tritop的應(yīng)用思考與探索
3.1 在工裝制造中的應(yīng)用分析
針對工裝成形的鈑金零件設(shè)計過程中，可能存在不符合要求的零件的表面質(zhì)量以及幾何形狀等問題，這往往是由于零件存在間隙不當(dāng)以及變形回彈的問題所致。要想讓準(zhǔn)確的回彈角度在工裝上設(shè)計并不容易，而是經(jīng)過在實踐中進行反復(fù)的處理才能達到滿意效果。另外，對于早期的工裝制造來說，往往都是通過有效的圖紙加工以及樣板加工而成，目前，這種方式已經(jīng)被成熟的數(shù)控技術(shù)所代替。對于長期使用的工裝來說，存在一定的報廢以及磨損問題，這就涉及到應(yīng)該正確應(yīng)用逆向工程技術(shù)問題。針對光學(xué)測量系統(tǒng)ATOS&Tritop來說，其具有測量精度高、速度快、范圍廣的特點，所以，通過相應(yīng)的光學(xué)測量系統(tǒng)，能夠?qū)τ诎褜嵨镞M行CAD數(shù)字模型的有效轉(zhuǎn)換具有明顯好處，能夠保證數(shù)控加工的有效性，進行有效的工裝處理。
3.2 光學(xué)測量系統(tǒng)在展開毛料中的應(yīng)用
通過對于毛料的準(zhǔn)確展開，能夠保證有效對于原材料的節(jié)省，使得修邊工作量大大減少，另外，還能有效保證具有一定的成形改善條件，從而，保證成形質(zhì)量進一步大大提高。根據(jù)長期實踐和經(jīng)驗，可以看出，針對形件的毛料形狀問題具有相關(guān)的不少研究，涉及到具體的很多算法，比如，分區(qū)計算法、滑移線法，就最近幾年還提出了相應(yīng)的流體模擬法以及電模擬法等。上述這些方法具有不同的特點，也就是適應(yīng)于不同的范圍，大多都是局限于平底飯金件。針對毛料外形計算，其中涉及到的因素眾多，但是，其中的對應(yīng)的關(guān)系比較難以進行定量的把握。因此，對于毛料外形的精確計算就存在一定難度。應(yīng)該充分利用計算機信息的快速發(fā)展，有效對于鈑金件進行毛料的計算都是通過應(yīng)用程序完成。
但是，不可否認(rèn)，利用計算機進行毛料展開計算具有一定的局限性，對于外形較為復(fù)雜、雙曲度比較高的零件則是不太適用。在實際的生產(chǎn)情況下，還以應(yīng)該對于工裝過程中的零件進行有效校正工作。通過有效的光學(xué)測量系統(tǒng)ATOS，能夠保證計算機采集相應(yīng)的校展件的外形輪廓數(shù)據(jù)，就是完成在數(shù)控下料機床的生產(chǎn)過程，保證有效使得零件的生產(chǎn)效率大大提高，明顯提升毛料質(zhì)量。
4結(jié)束語
光學(xué)測量系統(tǒng)TOS&Tritop是當(dāng)前進行逆向工程中較為成熟的有效進行點云采集的措施，能夠具備測量精度高、速度快、范圍大的特點，但是，也存在一定的不足之處，就是對于周圍環(huán)境要求較高，對于表面變化劇烈的物體、物體內(nèi)部形狀則無法進行有效測量。
參考文獻：
