通用航空论文范文

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第1篇

通用航空是指除从事公共航空运输（客运或货运）以外的民用航空。通用航空具有机动灵活、快速高效等特点，作业项目覆盖了农、林、牧、渔、工业、建筑、科研、交通、娱乐等多个行业，主要是在3000m以下空域飞行。通用航空的具体内容包罗万象，我们熟知的通用航空有以下几种：航空摄影、医疗救护、气象探测、空中巡查、人工降水等。其他类型包括海洋监测，陆地及海上石油服务，飞机播种，空中施肥等。另外公务机飞机和私人飞机都属于通用航空范畴之内。与地面交通类比，通用航空客比作出租车运营；民航公司可比作公交运输。我国是农业大国，通用飞机的广泛应用是发达国家农业现代化的一个重要方面。西部地区与资源优势由于交通不便而长期得不到发挥，交通已成为制约西部地区经济发展的瓶颈，西部大开发需要通用航空。据民航局预测显示，预计未来5～10年，我国需要各类通用航空飞机10000到12000架，通用航空飞机数量的年均增长率将达到30%，通用航空及其带动的产业将形成一万亿元人民币以上的市场容量。随着中国经济的发展，公务飞行、商用飞行、空中游览、私人驾照培训，正受到越来越多人的青睐，在市场需求的推动下，通用航空服务的领域将出现快速的发展。在有这样巨大发展前景的市场中，卫星通信的应用将是不可或缺的解决通信需求的方案之一，在面对挑战同时，卫星通信只有抓住机遇努力满足市场需求，创新开拓应用服务于这一领域。

二、民用航空使用频率规划

（Ku/Ka/L频段可应用范围）依据《中华人民共和国无线电频率划分规定》，民用航空无线电频率使用和业务主要分为：1）制式无线电台是指为确保航空器的安全，在制造完成时必须安装在其上的无线电设备。2）非制式无线电台是指制式无线电台以外的无线电台。如:机载客舱卫星通信电台。3）航空移动业务是指在航空电台和航空器电台之间,或航空器电台之间的一种移动业务。营救器电台可参与此种业务；应急示位无线电信标电台使用指定的遇险与应急也可参与此种业务。4）航空电台是指用于航空移动业务的陆地电台。在某些情况下，航空电台也设在船舶或海面工作平台上。卫星通信在民用航空应用中又主要划分为驾驶舱（前舱）和客舱（后舱）。驾驶舱（前舱）通信需要高度完整性和快速响应的安全和正常通信，属于卫星航空移动（R）业务，主要分为空中交通服务部门用于空中交通管制、飞行情报与报警的安全相关通信，以及航空器承运人进行的、会影响到空中运输的安全、正常和效率的通信[航空运行管理控制通信（AOC）]。民航局《航空公司运行控制卫星通信实施方案》中推荐使用的卫星通信系统有海事卫星通信系统、铱星系统和Ku卫星系统。客舱(后舱)通信是为航空承运人的私人通信[航空行政通信（ACC）]服务，以及公众通信[航空旅客通信（APC）]。目前在国际上使用的客舱（后舱）通信系统主要有海事卫星通信系统、Ku卫星系统及Ka卫星系统。具体使用频率规划如表1所示。

三、民用航空的卫星通信网络运营系统现状

1.卫星网络与资源目前国际民航驾驶舱（前舱）卫星通信多使用的是L和S频段卫星通信系统，采用卫星移动通信使用的L、S频段。而卫星移动通信系统的建设是一项复杂的系统工程，国内尚无自建的商用卫星移动通信系统投入运行。国内正在使用或准备使用的商用卫星移动通信系统都是由国外运营商提供的服务。国外商用卫星移动通信系统主要包括：海事卫星系统（Inmarsat）、铱星系统（Iridium）、全球星ICO系统（Globalstar）、亚洲蜂窝卫星系统（ACes）和Thuraya等。具体所用卫星移动通信系统具体所用频率范围如表2所示。在客舱（后舱）卫星通信应用方面，中国卫通集团公司目前拥有12颗在轨卫星，可以提供以覆盖中国及周边地区的Ku频段卫星通信服务资源，并计划在2015年，达到拥有15颗以上在轨卫星。在卫星频率资源使用上将形成C、Ku与S、L、Ka频段相结合，固定广播通信卫星与移动广播通信卫星结合，覆盖范围广、用途多样的卫星空间段资源体系。中国卫通现有运营在轨卫星情况如表3所示。考虑到航空运输飞行国际、国内航线的特点，从卫星资源的服务能力来看，尤其是至今我国没有自主可管可控，用机驾驶舱（前舱）卫星通信的L和Ka频段卫星网络系统；即使是Ku频段卫星，目前我国自主运营的卫星服务能力，不论是覆盖范围，还是轨道频率资源，也远远不能适应满足我国航空市场发展卫星通信需求。这既是对我国卫星通信运营服务提出的挑战，更是开拓卫星通信服务业务的机遇和发展应用潜力。

2.用户终端设备由于我国在这方面应用起步晚，再加上用于航空领域的准入门槛制约，目前用于驾驶舱（前舱）卫星通信的L频段终端系统设备，以及用于后舱（客舱）卫星通信的Ku和Ka频段终端系统设备，全部是由国外厂商提供，几乎全面占领我国终端系统设备市场。民航飞机上卫星通信设备的制造门槛很高，除了要遵循现行技术标准，还要得到国际有关机构认可，为了国家信息安全的需要，国内厂商在这一领域还需要努力追赶，有所作为。驾驶舱（前舱）卫星通信的L频段终端系统设备主要有：霍尼韦尔,柯林斯，泰雷斯公司等。后舱（客舱）卫星通信的Ku和Ka频段终端系统设备主要有：Row44，Panasonic，GoGo，Aerosat等。后舱（客舱）卫星通信终端天线系统如图4所示。的通信系统多数是高频和甚高频通信系统，卫星通信的应用多是使用铱星系统，海事卫星，Globalstar,Thuraya,ACeS等卫星系统，以及与这些卫星系统相配的L频段在轨卫星系统的终端设备。驾驶舱（前舱）卫星通信终端设备如图5所示。

3.网络运营和用户业务管控从国家战略安全考虑，在航空运输飞行网络运营和用户业务管控方面，更需要建立可管可控的航空卫星通信网络运营和用户业务管控系统。系统网络运行管理主要是负责管理、监控和维护机载通信全系统，实时对全网系统涉及卫星、地面网络和终端设备等工作状态进行管理、监控，实时对运营网络中业务用户使用情况，进行本地或者远程、监控、维护和计费结算等管理，对网络运营和业务运营数据进行存储、备份管理，对网络运营中出现的包括卫星系统、终端设备和用户使用等问题，进行实时分析排查，及时警示和问题预先发现等必要的日常维护，保障全网络系统运行安全正常。民航卫星通信业务横跨通信信息传输服务和民用航空飞行运输服务，在相关系统设计规范、业务运营管理、设备准入等方面，必须同时满足国家对民航飞行安全，信息通信网络传输安全，信息内容安全和数据存储安全规定要求。民航卫星通信涉及国家信息安全，有必要在网络运营和用户业务管控方面在满足国家相关法规要求前提下，做到完全自主，实现业务运营可管可控。

四、结论

第2篇

控制增稳的控制律设计,首先要满足稳定性要求。设计实践经验表明,在线性设计阶段,应力求留出足够的幅值稳定裕量和相位裕量;从而使非线性设计和实际系统交付时,得以满足6分贝幅值裕量和45°相位裕量的指标要求。具体设计指标如下。滚转轴操纵具备滚转角速度控制/倾斜角姿态保持响应类型,并具有自动转弯协调能力。偏航角操纵具备常规的侧滑角控制响应类型,而由侧滑引起的滚转趋势可以通过副翼调节自动防御。荷兰滚阻尼比大于0.5,滚转角速度响应零点和荷兰滚极点尽量对消,以提高乘坐品质。滚转模态半衰期足够小。

1.1基于滚转角速率反馈副翼的控制方案

滚转角速率反馈的主要目的是减少飞机滚转性能随飞行条件的变化。可以在提高动稳定性的同时,改善以致消除滚转角速率振荡引起的倾斜角振荡,并在全包线内获得良好的横航向控制增稳能。

1.2基于侧向过载或侧滑角反馈控制方案

引入侧向过载或侧滑角反馈有利于提高荷兰滚模态频率。同时引入偏航角速率和侧向过载反馈不仅可以补偿航向静安定度,而且有助于减小滚转机动和侧向扰动时的侧向过载和侧滑角。因此,在偏航通道和滚转通道中分别引入滚转角速率反馈和偏航角速率反馈可以增加相应通道的阻尼比,引入侧滑角或侧向过载反馈则可以增加系统静稳定性,但同样会减小系统阻尼。以上三种反馈控制方案的优、缺点总结于表1中。对于横侧向增稳来说,单独引入角速率反馈、侧向过载或侧滑角反馈不会使系统有较理想的特性。由于滚转和偏航运动的耦合关系,通常采用在副翼通道中引入滚转角速率、侧滑角、侧向过载反馈、在方向舵通道中引入偏航角速率、侧向过载、侧滑角反馈的综合增稳控制方案,如图1所示。

(1)在滚转通道中引入滚转角速率反馈可以提高飞机的滚转阻尼;在偏航通道中引入偏航角速率的负反馈,增大了荷兰滚的阻尼比,实现了偏航阻尼的功能,从而改善了高空飞行时的航向阻尼和荷兰滚阻尼特性。

(2)引入与副翼偏转同极性的正反馈比例信号,可以减小侧滑角,以实现自动协调转弯。

(3)在偏航通道中引入侧滑角的负反馈,可以增大航向运动的固有频率,起到偏航增稳系统的功能。

(4)在副翼通道引入侧滑角或侧向过载信号,使副翼产生滚转力矩以减小飞机过大的横向静稳定性导数,来改善飞机的滚摆比。

2民用飞机横航向增稳系统设计与分析

对自然飞机的稳定性仿真可知,原系统滚转阻尼、荷兰滚阻尼、航向静稳定性都不够,荷兰滚模态与滚转模态之间存在严重耦合,造成系统响应振荡剧烈,因此,为使系统具有较好的动态特性和稳定性,需要进行增稳控制。除了在航向通道中没有引入与副翼偏转同极性的正反馈比例信号,本文采用了图1所示的增稳系统架构来进行控制律设计。常规控制律设计方法主要采用经典单回路频域或根轨迹方法设计。当随着民用飞机结构变得更加复杂,各运动模态之间的耦合更加密切,控制系统变得更加复杂,经常为多输入多输出系统,这些都使得常规的单回路设计方法难以完成相应的飞行控制设计。因此现代设计方法逐渐被应用到飞行控制系统设计中,如最优二次型设计方法、LQG/LTR方法、特征结构配置方法、非线性系统动态逆设计方法等。本文采用最优二次型设计方法对横航向增稳控制律进行设计,该方法主要优点在于为了使性能代价函数最小化,所有控制增益能同时获得。

3结语

第3篇

1遥控多轴航拍系统的优势

1.1飞行审批手续简单

目前，我国对民用航空采取的是比较严格的管制措施，《中国人民共和国航空法》第七十四条规定：民用航空器在管制空域内进行飞行活动，应当取得空中交通管制单位的许可。这就要求任何单位或个人的飞行都需要向空中交通管制单位申报。不仅报批周期较长，而且对申报主题的资格限制也相当严格——一般单位或个人很难得到审批。相对而言，小型无人飞行具备体积小巧、飞行高度低、飞行速度慢等特点，在非特殊区域外飞行时，基本不需要审批。因此，使用小型无人飞行器进行航拍无疑具有得天独厚的优势。

1.2设计影视制作成本低廉

遥控多轴航拍系统在本质上属于航空模型，所需要的设计方案、配件、耗材等在市场上随处可见，购置便利。尤其是近年来迅速普及的遥控多轴飞行器，与传统的固定翼飞机、直升机相比，具备整体设计简单、电气件一体化、机械结构坚固、影视制作过程简单等突出特点，对影视制作者动手能力的要求亦较低，只需经过简单培训，初学者也能影视制作出简单的遥控多轴飞行器。

1.3操作简单不易失控

目前，遥控多轴航拍飞行器必备的飞行控制系统均内置有智能失控保护装置，通过与GPS和遥控器交联，能够实时感知飞行器的飞行姿态，并做出反馈，精确调整各个发动机的功率，实现飞行器的平稳控制。另外，智能失控保护装置还能确保飞行器在失去遥控信号的极端情况下，也能自动悬停，并在信号消失且无法恢复的情况下，精确找到起飞点，以事先确定的安全路线和高度自动降落，最大程度上避免飞行器的坠毁。

1.4飞行环境要求较低

多轴飞行器的体积优势令其在起飞与降落环节对场地的要求极低。我单位配备的是国产大疆四轴飞行器，最小携行状态直径约0.6m，工作状态直径约0.9m。通过测试，其最小安全起降面积不超过9m2，最低安全起飞高度不超过3米，最近安全遥控距离不超过2米，对航拍环境的要求极低，非常适合在楼宇、景区等人群聚集的地方使用。同时，由于多轴飞行器的姿态控制是通过改变发动机输出功率来实现，在数字化飞行控制系统的调节下，能够实现飞行姿态的精确控制，对复杂环境的适应能力更强。无论是在街道、立交桥等复杂开放环境，还是在车库、展会等密闭环境中，均能实现有效控制，将一旦发生坠机后造成附带危险的可能性降至最低。

2遥控多轴航拍系统的缺陷

2.1飞行范围小、续航时间短

就动力源来说，与传统的油机相比，电机的功率密度较大，达到最大输出功率的时间较短，且体积和振动均较小，安装方面，后期维护简单。因此，绝大多数航空模型选择使用电机作为动力源，多轴飞行器亦不例外。目前主流的多轴飞行器使用的多为无刷电机。但是，使用电机作为动力源则无法回避电池能量密度低的天生缺陷。与生物燃料相比，电池的能量密度较低，大约仅相当于汽油的1/30，持续输出最大功率的时间太短。以目前我部使用的四轴飞行器来说，电池型号是双天的XP50003GT-S，电压11.1伏，容量5000毫安，最长持续飞行时间仅为8分钟。出于安全考虑，持续飞行时间通常控制在6分钟以内。在执行拍摄任务时，如此短的时间仅能满足一个镜头的拍摄需要，如果需要反复拍摄的话，只能通过多次起降来实现，拍摄效率较低。

2.2飞行速度慢、特技动作少

就飞行原理来说，多轴飞行器的行进、平移和转向所依靠的是不同桨叶之间的转速差所产生的升力差。由于没有配备专用的推进发动机，多轴飞行器的飞行速度较慢，在100米以上拍摄移动画面时会出现速度不足的感觉，画面出现长时间停滞不动的现象，缺少航拍纵览全景的流动感，所以在广袤空旷的地域进行长距离、快速航拍时不宜使用。此外，多轴飞行器的外露连接部件多，亦不适合在林地、灌木间做比较复杂的机动动作。

2.3飞行载荷小、抗风能力弱

多轴航拍系统的动力来自于电动机，虽然自身重量较小、提速较快，但冗余动力小，在提供正常飞行动力外，难以承载多余重量。就我部配备的多轴航拍系统来说，只能挂载重量不超过200克的GOPRO运动摄像机，且只能在4级风的情况下飞行，如果地形复杂，需要机动，则飞行条件还需要降低，一般不能超过2级风。

3如何更好地发挥遥控多轴航拍系统的作用

3.1做好前期筹划，细节考虑周全

根据脚本制定周密的拍摄计划方案，做到谋划在先。在升空拍摄之前，要对拍摄范围内的景物进行整体观察和综合分析，找出最能突出形象、气质和品格的景物来，并根据影视拍摄连续性的特点，确定航拍线路、方位、高度和频次等，形成连贯的摄制方案，争取做到全局在胸，一次成功。

3.2统筹工作全局，突出航拍特点

飞行器在空中拍摄时应选择大气透明度高的天气和时间。除非特殊需要，操作时尽量不要迎着阳光方向拍摄，防止镜头进光。飞行时注意事先查看拍摄路线上方的电线、树枝或其他障碍物。在环拍景物时，注意合理设置遥控地面站，或采用地面车辆伴随控制的方式，避免失控发生。

3.3灵活把握时机，提升拍摄效率