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飞行控制技术的进步与挑战...
我第 40 次 Alexander A. Nikolsky 荣誉演讲和期刊论文的目标是强调过去 50 年飞行控制技术的关键进步，并展示这些进步如何应用和扩展到新型旋翼机：现代高速军用旋翼机、eVTOL 城市空中机动和先进空中机动飞机。这篇期刊论文的第一部分回顾了旋翼机独有的飞行控制技术驱动因素，并强调了过去 50 年在操纵品质要求 (ADS-33)、基于物理的模型、系统识别和飞行控制领域的关键进展。一个中心主题是从时域到频域的转变，旋翼机的闭环响应和设计方法的表征越来越依赖于复杂的反馈控制系统来实现闭环稳定性、干扰抑制，最重要的是全天候操作的闭环操纵品质响应。重点介绍了过去 50 年的频域分析、设计和测试方法，涉及每个学科的关键进展和两个综合成功案例。在本文的第二部分，我们考虑了四种新型旋翼机的主要挑战、进步和未来需要的研究：军用未来垂直升力系列高速旋翼机、基于常规直升机的无人自主系统/城市空中机动、小型电动 VTOL 无人机旋翼机和大型 eVTOL 城市空中机动旋翼机。接下来的部分将探讨这四种新型旋翼机共同面临的挑战和解决方案空间，作为所需研究进展的蓝图。最后，本文回顾一下，从作者作为一名终身飞行控制工程师/研究员、飞行控制技术组负责人和高级技术专家的角度，考虑了经验教训和关键要点。
制定合规方法以支持通用航空和混合动力汽车先进飞行控制认证
注意 本文件由美国运输部赞助发布，旨在交流信息。美国政府对其内容或使用不承担任何责任。美国政府不认可产品或制造商。此处出现的贸易或制造商名称仅仅是因为它们被认为对本报告的目标至关重要。本报告中的调查结果和结论均为作者的观点，并不一定代表资助机构的观点。本文件不构成 FAA 政策。有关其使用，请咨询技术文档页面上列出的 FAA 赞助组织。本报告可在联邦航空管理局 William J. Hughes 技术中心的全文技术报告页面：actlibrary.tc.faa.gov 以 Adobe Acrobat 便携式文档格式 (PDF) 获得。
障碍物和阵风环境下节能无人机飞行控制方法
摘要：本文介绍了一种节能的无人机（固定翼无人机）控制方法，该方法由三组算法组成：飞行器航线规划、飞行中控制和修正预定飞行轨迹的算法。所有算法都应考虑无人机必须避开的障碍物和无人机作业区域中的风力。基于无人机数学模型、稳定和导航算法以及 Dryden 湍流模型进行了测试，并考虑了无人机推进系统的参数。本文详细描述了如何构建用于规划无人机任务的连接网络。提出了一种确定行动领域中不同点之间实际距离的算法，该算法考虑了障碍物的存在。该算法应基于在六边形网格上确定飞行轨迹的方法。它介绍了基于一组混合整数线性问题 (MILP) 优化算法模型开发的专有无人机路径规划算法。它介绍了无人机控制器如何使用预先准备的飞行路径来监督沿预设路径飞行。它详细介绍了当代无人机的架构，这些架构具有实现自主任务的嵌入式能力，这需要将无人机系统集成到文章中提出的路线规划算法中。特别关注了在有阵风的情况下无人机任务的规划和实施方法，这有助于确定无人机飞行路线以最大限度地降低飞行器的能耗。所开发的模型在基于 ARM 处理器的计算机架构中使用硬件在环 (HIL) 技术进行测试，该技术通常用于控制无人驾驶车辆。所提出的解决方案使用两台计算机：基于实时操作系统 (RTOS) 的 FCC（飞行控制计算机）和基于 Linux 并与机器人操作系统 (ROS) 集成的 MC（任务计算机）。这项工作的一项新贡献是整合了规划和监控方法，以实施旨在最大限度地降低车辆能耗的任务，同时考虑到风力条件。
飞行控制设计与仿真操控品质...
美国陆军航空发展局已经开发了两种先进高速旋翼机配置的通用高保真飞行动力学模型——一种是带有推进式螺旋桨的升力偏置同轴直升机，另一种是倾转旋翼机。开发这些模型的目的是为政府提供独立的控制系统设计、操纵品质分析和模拟研究能力，以支持未来垂直升力计划。使用多目标优化方法为这两种配置设计了全飞行包线显式模型跟随控制系统，以满足一系列稳定性、操纵品质和性能要求。在美国宇航局艾姆斯垂直运动模拟器的载人模拟实验中，使用一系列高速操纵品质演示机动对这两种飞机的控制律进行了评估。本文讨论了控制律和载人操纵品质评估的结果。模拟实验的结果显示，两种飞机的总体分配操纵品质均为 1 级。
系统辨识和基于模型的飞行控制系统...
在本文中，我们为敏捷机动四旋翼微型飞行器 (MAV) 技术演示平台提供了一种系统辨识、模型拼接和基于模型的飞行控制系统设计方法。所提出的 MAV 设计用于在悬停/低速和快速前飞条件下进行敏捷机动，在这些条件下可以观察到系统动力学的显著变化。因此，这些显著的变化会导致使用基于传统悬停或前飞模型的控制器设计时性能和精度大幅下降。为了捕捉变化的动态，我们考虑了一种源自全尺寸载人飞机和旋翼机领域的方法。具体而言，使用频域系统辨识方法获得悬停和前飞中的 MAV 的线性数学模型，并在时域中对其进行验证。这些点模型与配平数据拼接，并生成准非线性数学模型以用于仿真目的。在基于多目标优化的飞行控制系统设计方法中使用已识别的线性模型，其中使用多个处理质量规范来优化控制器参数。使用运动学缩放缩小了 ADS-33E-PRF 的横向重新定位和纵向出发/中止任务任务元素，以评估所提出的飞行控制系统。执行位置保持、轨迹跟踪和攻击性分析，蒙特卡罗模拟和实际
使用防离场飞行控制计算机版本 10.7 开发 F/A-18 螺旋离场演示程序
致谢 我要感谢所有帮助我完成航空系统理学硕士学位的人。 我要感谢 Randy“Komrade”Bresnik 少校将 F/A-18 出发演示项目官员的工作交给我；Bob David 先生（项目工程师）邀请我加入飞行控制计算机操作飞行程序版本 10.7 (v10.7) 飞行测试团队；Aaron“Lurch”Rouland 中尉（v10.7 项目官员）允许我进行大部分旋转测试飞行并向我讲解 v10.7 的细节；Steven Potter 先生让我加入出发演示开发团队并为我提供必要的飞行测试数据；以及 Jessica Holmburg 女士向我讲解 v10.7 的技术细节。我还要感谢整个 v10.7 测试团队、波音公司、海军航空作战中心飞机部门和 PMA-265 提供的出色测试计划。还要感谢美国海军陆战队和海军部批准完成我的硕士学位所需的资金。
具有动态结构参数的滑臂四轴飞行器飞行控制
摘要 — 介绍了一种新型四轴飞行器的概念设计和飞行控制器。该设计能够在飞行过程中改变无人机的形状，以实现位置和姿态控制。我们考虑动态重心 ( CoG )，它会导致无人机的转动惯量 ( MoI ) 参数不断变化。这些动态结构参数在系统的稳定性和控制中起着至关重要的作用。四轴飞行器臂长是一个可变参数，它由基于姿态反馈的控制律驱动。MoI 参数是实时计算的，并纳入系统的运动方程中。无人机利用螺旋桨的角运动和可变的四轴飞行器臂长进行位置和导航控制。重心的运动空间是一个设计参数，它受执行器限制和系统稳定性要求的限制。提供了有关运动方程、飞行控制器设计和该系统可能应用的详细信息。此外，通过航路点导航任务和复杂轨迹跟踪的比较数值模拟对所提出的变形无人机系统进行了评估。
使用 SysML 进行飞行控制系统建模以支持验证、鉴定和认证
飞机上的大多数作动系统都由液压驱动，其特点是整体效率差，维护操作频繁。为了应对使用液压技术的缺点，研究工作集中于“更多电动飞机”（参见Derrien（2012），Reysset（2015））。在此范围内，飞行控制系统（FCS）逐渐依靠电能来取代全部或部分液压系统来驱动飞行控制面。引入这种新的FCS意味着使用新技术，新的执行器和机载控制单元。这将导致新的故障模式，由于缺乏经验反馈，这些模式无法掌握。因此，在设计以及验证、确认和鉴定这些系统是否符合航空安全标准（例如 ARP 4761 SAE-Aerospace（1996））方面，面临着新的挑战。
探索使用触摸式飞行控制面板为飞行员提供飞行控制...
触摸技术有望取代客机驾驶舱中现有的飞行员系统界面。使用触摸屏为飞行员和制造商提供了许多优势。然而，它也给航空安全带来了重大潜在风险。在本文中，我们探索了未来飞行员触摸式飞行控制面板的设计空间。我们尝试设计在不稳定条件下更具物理性和鲁棒性的手势，并且需要更少的视觉焦点，这些手势基于利用空间和本体感受技能的方向性手势和布局。我们观察了在湍流条件下实际飞行过程中控制面板的使用情况。这让我们探索了触摸式交互技术在使用环境恶化的情况下的局限性，并探索了有形和具体交互中的有形属性如何帮助设计这些手势。这也让我们更好地理解了触摸式交互和有形交互之间模糊的边界，并通过迭代构建明确的设计空间来反思退化环境中的交互设计原则。© 2019 作者。由 Elsevier B.V. 出版。同行评审由第 8 届国际航空运输会议 – INAIR 2019、全球航空趋势科学委员会负责 关键词：触摸式交互；基于手势的交互；有形交互；有形交互设计方法；有形框架；退化环境；航空学
高度灵活的颤振演示器的飞行控制设计
设计过程中的软件系统为探索以前不可行设计提供了新的机会，这些设计可以通过跨学科的通用方法和工具实现。通过 (a) 气动弹性剪裁来承载重新设计的衍生机翼；(b) 开发非常精确的颤振建模和颤振控制合成方法和工具，从而在开发、认证和运行期间改善颤振管理，从而可以快速将现有设计应用于衍生飞机，降低技术风险（例如，使用控制来解决开发过程中发现的颤振问题）。开发的工具和方法的准确性在经济实惠的实验平台上得到验证，然后进行规模化研究，展示跨学科开发周期。制造商通过集成开发颤振控制和气动弹性剪裁，获得用于提高飞机性能的成本效益高的方法、工具和演示器。这些跨学科能力改善了衍生飞机和新飞机的设计周期和验证与确认过程。飞行测试数据将发布在项目网站上，为全球航空航天研究界提供基准。项目成果为制定未来欧盟柔性运输飞机的认证标准起到了催化剂的作用。图 1 所示的飞机是“地平线 2020”项目“无颤振飞行包线扩展以实现经济性能改进”（FLEXOP）的主要演示机，旨在开发和测试主动颤振抑制控制算法 [1]。这架单引擎演示机翼展为 7 米。起飞重量通常为 55 公斤，但压载重量最多可增加 11 公斤。该飞机配备一台 300 N 喷气发动机 [2]，位于机身后部。空气制动系统从机身侧面偏转，可实现快速减速、快速空速控制和大进近角。尾翼配置为 V 型尾翼，而每个机翼半部具有四个控制面，其中最外侧的控制面用于抑制颤振（见图 2）。两个最内侧的控制面在起飞和降落时用作增升装置。总共制造了三对机翼，将在无人机试验台上进行测试：• 机翼 - 0 – 一对使用平衡对称型层压板优化的机翼作为参考机翼，颤振速度远远超过飞机的运行速度。该机翼组主要用于基本飞行测试和刚性模型验证。• 机翼 - 1 – 一对颤振机翼，设计用于在测试范围内触发颤振，在运行速度范围内有两种主要颤振模式。然后，将使用主动颤振控制扩展飞行包线。• 机翼 - 2 – 一对使用不平衡复合层压板优化的机翼，通过气动弹性剪裁展示被动载荷减轻。