美国陆军开发的算法可提高四旋翼无人机的性能

通用研究配置研究四旋翼双翼飞机在悬停和向前飞行之间自动过渡，以利用两种飞行模式的优势。

研究人员开发了使无人机能够在悬停和向前飞行之间快速切换的算法。

当飞机转向过多时，升力下降和阻力增加可能会导致车辆突然坠落。这种失速现象被称为失速现象，促使许多无人机制造商在计划车辆的自主飞行运动时要格外谨慎。

对于垂直起飞和着陆的尾座无人驾驶飞机，大多数制造商都会对飞机进行编程，以便每当飞机从悬停过渡到向前飞行，反之亦然时，车身转动非常缓慢。

美国陆军作战能力发展司令部（现称为DEVCOM），陆军研究实验室与伦斯勒理工学院的研究人员合作，创建了一个弹道计划器，该计划器显着缩短了VTOL尾翼无人驾驶飞机完成这一关键过渡所需的时间。

该团队专门为陆军的通用研究配置平台设计了轨迹规划器，该平台是用于测试新设计特征和研究基本空气动力学的四旋翼双翼飞机尾翼固定器。

“这项工作的目标是使用基于模型的轨迹规划器，该规划器能够充分捕获四旋翼的动态特性，同时又能以足够快的速度执行以提供飞行中的轨迹，”实验室车辆的陆军航空航天工程师Jean-Paul Reddinger博士说。技术局。“我们本质上是在建立飞机自身动力学的动态模型，以供参考。”

根据Reddinger的说法，VTOL尾坐式飞机通常在悬停和向前飞行之间转换时就依赖于基于启发式的方法，在这种情况下，它们会遵循非常缓慢但非常安全的预定动作集。相反，轨迹规划器可以针对这些变化找到适合每种情况的最佳飞行运动顺序。

研究人员在对车辆转子的尾流和机翼的空气动力学之间的独特相互作用进行建模时，发现了这些更敏捷的操作的可用性。

“如果这辆车徘徊，机翼指向上方，而转子则不断在其上方旋转；如果您想开始向前移动，则可以有效地将机翼向空中平放。”雷丁格说。“您可能会认为这会造成很大的阻力，但实际上，由于空气被吹到机翼上，实际上并没有看到太多的阻力。”

雷丁格说，由于旋翼产生了额外的向下冲洗，VTOL的尾座可以处理悬停和向前飞行之间更猛烈的过渡。

通过仿真，研究人员发现，将风向干扰中的转子并入轨迹规划器中，可使CRC转换为悬停和着陆的时间比传统方法少一半。

该团队认为，轨迹规划器最终可能会允许CRC在密集或市区内导航时在悬停和向前飞行之间进行智能切换。

“现在，它处于一种状态，您可以为其赋予所需的初始状态-也许您正在开始的特定高度或速度-它将绘制一条路径，使您从初始状态到达所需的状态雷丁格说。“我们试图采取的方向是在其可操作性上纳入障碍和其他种类的限制。”

雷丁格将CRC的自主行为与人类的行为进行了比较，以及我们自身能力的知识如何使我们能够有效地从一个位置移动到另一个位置。

同样，在轨迹规划器中合并更复杂的飞行模型将使CRC更好地了解复杂的空气动力学环境，因为它的运行方式。

“例如，如果有建筑物在路上，那么飞越建筑物或建筑物周围是否更有意义？”雷丁格问。“您是否要过渡以加快速度然后过渡回去？还是只是停留在悬停模式？可能性是多种多样的，其想法是始终选择最好的一种。”

一旦轨迹规划器进行了更多的模拟试验，研究人员计划将软件与硬件模型挂钩，以确保在开始飞行测试之前具有很高的鲁棒性。

雷丁格认为，悬停和向前飞行之间更快，更有效的过渡最终将帮助陆军开发用于情报，监视和侦察任务以及空中补给行动的新型车辆。

雷丁格说：“为了利用新颖配置的出现所带来的飞行能力，我们需要能够充分利用这些飞机所设计的敏捷性和性能的自动驾驶仪。”“这种基于模型的轨迹规划方法是朝着将高级自主权与特定于平台的动力学相集成的方向迈出的一步。”

研究人员在垂直飞行协会第76届年度论坛会议记录中发表了他们的论文。

参考：伦斯勒理工学院的Kristoff McIntosh，Sandipan Mishra，Di Di撰写的“四旋翼双翼飞机的最优轨迹产生器”； Jean-Paul Reddinger和CCDC陆军研究实验室，垂直飞行协会第76届年度论坛会议记录。

资金：海军/海军/ NASA航空研究卓越办公室（VLRCOE）计划海军研究办公室（ONR）。