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1 课程内容
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2 作业

飞行试验是无人机设计过程中不可缺少的重要组成部分。无人机飞行中具有非线性、非定常的飞行动力学特性,理论计算与风洞试验均不能反映真实飞行状况。
飞行试验是研究无人机运动特性、调整无人机飞行控制律的重要手段。

1、获得真实飞行数据,研究无人机相关运动特性
在无人机对象特性研究中,其低雷诺数空气动力学模型的构建以及非常规特性的分析都存在较大困难。对于单一的无人机实体,由于制造上存在的轻微误差,也可能导致通用的模型变的不适用。
无人机具有便捷的试飞条件,结合机载的导航系统测量信息,能够获得每架无人机的实际飞行数据信息。采用最大似然估计、神经网络等辨识方法,能够建立针对无人机的空气动力模型,同时,提供无人机个体之间的气动模型个体差异数据;
2、检验无人机系统可靠性
无人机由于尺寸与重量上的限制要求,其机载系统内使用了大量微小型元器件。在一定的MEMS技术条件下,这类元器件本身在精度、可靠性等方面就可能与实际需求存在一定差异,而各类元器件在狭小机载空间内的相互干扰与影响,更是使得整个无人机系统出现严重的可靠性问题。
对于无人机系统可靠性的研究,一般难以用数学仿真来加以描述。在一定程度上,地面的各类可靠性试验设备如高低温试验箱,振动试验机等也能够对无人机系统在各种条件下的可靠性进行研究。但是,通过实际飞行试验来研究系统的可靠性,才是最为全面,也是最为可信的。
3、作为自主飞行控制设计平台
无人机自主飞行是一个非线性、非定常的控制问题。控制系统中许多参数都需要实时进行调整。自主的参数调整行为,也只有在实际飞行中,在各类真实状态下,才能够判断其是否合理。同样地,需要结合实际的飞行试验,才能够对系统进行有效的改进。

无人机相对有人飞行器而言,尺寸小,质量轻,对试飞条件要求不苛刻,这使得飞行试验在无人机设计中能起到独特作用。在无人机飞行试验中,需要注意以下几方面的问题:
1、飞行试验前的准备工作
对于无人机这样的高度集成系统,其飞行极易受各类条件影响,试飞前的检查准备工作极为重要:
①无人机导航系统是否正常工作。无人机导航系统的测量精度,特别是对姿态信息的正确提取,是实现其飞行控制的重要前提;
②无人机自身内部结构合理安装,检查重心、舵面。细微的重心位置变化、控制舵面不对称性都会引起无人机飞行控制的不稳定,甚至使系统崩溃;
2、飞行试验环境的选择
飞行试验环境的选择包括对试飞区域和试飞气象条件的选择。
①无人机飞行高度低,在无人机飞行试验中,应尽量选择地势相对平坦,视野较为开阔的场地,避免无人机与高楼、树木等障碍物碰撞,或者在遥控过程中被其遮挡;
②在气象条件的选择上,应尽量选择晴朗、能见度好的天气。但是对于某些特殊的试飞任务,如对无人机抗风性能、耐高温、耐低温工作试验时,应相应的选择风速、温度条件。
3、飞行试验的规范性要求
虽然无人机飞行试验在各方面都较常规飞行器试飞来的简洁,但是,要保证每次试飞任务顺利完成,仍然需要制定规范的飞行试验大纲,严格按照大纲内容进行试飞。
每次完整的飞行试验,还应该完成飞行试验报告,针对飞行试验中各项任务的完成情况、各类飞行数据的处理以及可能遇到的各类异常情况进行分析与研究。
4、不同设计阶段的无人机飞行试验
常规飞行器设计中,一般分为方案设计、初步设计、详细初步设计、详细设计、试制和试飞六个阶段。基于飞行试验的复杂性,常规飞行器飞行试验都是在大量的其它设计基础上进行的。对于无人机来说,得益于飞行试验的便利条件,可以将飞行试验从开始的方案设计阶段一直贯穿于整个飞行器设计研制。
在不同的设计阶段,无人机飞行试验的任务目标也有所不同。
①在方案设计、初步设计阶段,飞行试验着重于对无人机总体外形设计验证,气动布局的选择、改进。因此,这类飞行试验主要依靠人员遥控,检验无人机本身的气动特性,固有飞行品质等。
②在无人机完成总体定型设计之后的自主飞行系统设计阶段,无人机飞行试验则主要侧重于检验飞行控制系统的事效果。在这一阶段的飞行试验中,对无人机飞行数据的获取与处理分析,对控制参数的调整等是关键。
无人机飞行试验不仅仅因设计阶段的不同而有区别,即使在同一阶段,每次飞行试验都应根据不同的设计任务,采用针对性的试飞方案设计。
如在无人机自主飞行控制阶段的飞行试验,也可按照控制系统实际设计程度,分为姿态控制设计调整、导航设计研究等不同阶段,并对各部分再进行细分。
5、对试飞异常情况的预见与处理
无人机系统存在相对较多的不可靠因素,如因遮挡或距离因素引起的机载-地面信息传输中断、卫星信号遮挡引起的GPS信号丢失等。对这些可能出现的异常情况,在无人机飞行试验中,都应有一定预见性,并做好应对方案设计。


