无人直升机改装评价方案.docx

评价方案
一、 直升机参数
表1
名称
A/W95
 XH-1 HobbyCopter
"Safari" / "Baby Belle"
Eagle "Helicycle"
Eagle's Perch Nolan 51-HJ

Ultrasport 254
长、高（m）
4.57x1.96
4.27x1.83
9.04x2.67
6.05x2.18
4.55x2.44
5.84x2.38
旋翼直径（m）
5.94
6.55
7.62
6.35
4.42
6.4
尾桨直径（m）
1.02
0.94

1.12
无
0.584
桨盘面积（m2）
27.7
33.7
45.6
28.6
30.7
32.1
空重（kg）
123
161
372
227
237
115
有效载荷（kg）
99
91
272
100
146
124
最大起飞重量（kg）
222
252
644
386
383
239
发动机功率（kW）
 37

120.5
119
47.8X2
40.5
最大速度（km/h）
136
96
166
177
129
167
最大巡航速度（km/h）
97
72
137
153
97
101
实用升限（m）
3200.4
2440
2100
2895
3048
3290
爬升率（m/min）

276

306
航程（km）
97
193
322
259

121
航时（h）
1
2.7
2.4
1.7

1.25
乘员（人）
1
1
2
1
1
1
价格（万）
5.8

42.9
23.3
11.03
21.5
名称
 CH-7 "Angel"
 CH-7 "Kompress"
 Mini-500
Voyager-500
 "Zeus"

"Skylark"
长、高（m）
7.01x2.0
7.41x2.31
6.85x2.51
7.79x2.54
6.48x2.54
5.33
旋翼直径（m）
5.79
6.27
5.84
6.75

5.79
尾桨直径（m）

1.03

1.16

1.07
桨盘面积（m2）
26.3
30.9
26.8
35.8

26.3
空重（kg
203
245
219
275
487
158
有效载荷（kg）
154
205
178
253
271
170
最大起飞重量（kg）
357
450
397
528
758
327
发动机功率（kW）
 47.8
84.5
49.3
121.4
127
65
最大速度（km/h）
139
209
185
193
170
153
最大巡航速度（km/h）
109
160
120
153
145
113
实用升限（m）
2500
5000
3050
4267

3750
爬升率（m/min）
450
450
336
365.8

300
航程（km）
327
320
361
380

航时（h）
3
3.7
3
2.5

乘员（人）
2
2
1
1
2
1
价格（万）
35.9
64.7
15
29.8

名称
DFH Dragonfly 333 / 334
 EH 1-01
Masquito M80
GEN H-4
AirScooter II
"Skytwister"
长、高（m）
7.86x2.36
7.32x2.26
6.22x2.25
—
3.81x3.35
4.8x2.03
旋翼直径（m）
6.6
6.1
5.52
4
4.27
6.55
尾桨直径（m）
1.12
0.91
1
无

桨盘面积（m2）
34.2
29.2
23.9
12.6
14.3
33.7
空重（kg
282
340
220
70

144
有效载荷（kg）
218
281
230
150
150
158
最大起飞重量（kg
450-500
621
450
220

302
发动机功率（kW）
70.8
112
89.5
7.5x4

48.6
最大速度（km/h）
148
257
180
200
100
137
最大巡航速度（km/h）
120
209
148
100

105
实用升限（m）
3050
4495
大于2023
3000

爬升率（m/min）
390

335
240

航程（km）
300
555
600
100

航时（h）
2

4
1

乘员（人）
2
1
2
1
1
1
价格（万）

46
39.9
30.7

二、直升机图片

A-B Helicopters A/W95 XH-1 Hobby Copter "Safari" / "Baby Belle"

Eagle "Helicycle" Eagle's Perch Nolan 51-HJ Ultrasport 254

CH-7 "Angel" CH-7 "Kompress" Mini-500

Voyager-500 "Skylark" DFH Dragonfly 333 / 334

EH 1-01 Masquito M80 Jag JAG

AirScooter II GEN H-4 "Skytwister"

三、评价方法
通过现有有人直升机改装成无人直升机是获取无人直升机的一种常见的方式，这能很大限度的减小研制的风险，缩短研发周期，提高研制成功的概率。现有的很多无人直升机就是由有人直升机改装而成的，比如美国诺思罗普·格鲁门公司研制的RQ-8A“火力侦察兵”无人机，采用施韦策公司的330SP型有人直升机的机体改装而成，保存了该机本来的主体结构、发动机、旋翼和传动系统，改善了外形以提高速度、增大了油箱以增长续航时间，用余度飞行控制系统以及实现无人飞机任务所需的机载设备、软件和任务载荷取代了飞机座舱，通信系统、机载设备和软件大部分由NG-RAC的“全球鹰”的系统发展而来。
要改装一架性能优越的无人直升机，一方面就要选择一架合适的有人直升机作为原型机，在此基础上进行改装，而大体满足条件的直升机也许不止一架，这就需要我们提出一种选择方法，运用这种方法选择出最佳的改装原型直升机。
评价一架有人直升机的是否适合改装，可以从技术规定、重量效率、经济性、改装特点等方面综合考虑。在这里，我们假设技术规定、重量效率、经济性、改装特点，在原型机的选择过程中，所占比重为100:100:100:100，即每项满分100分，综合考虑四方面的因素，评分最高的直升机将被选为原型机。
1. 技术规定
我们重要考虑总重、有效载荷、实用升限、续航时间、巡航速度几方面，结合对所需无人直升机的性能规定，评价现有直升机的技术规定匹配情况，总重、有效载荷、使用升限、续航时间、巡航速度所占比例相同，即每一方面最高均为20分，最后把各项分数值相加，获取一个技术规定的评估分数。
总重：
总重的规定是200kg-500kg，从抗风能力和改装后潜在的载重能力方面考虑，当重量在规定范围内，则越重越好。但是不在范围内，说明偏离规定，则认为不好，规定200kg和500kg为12分，400kg为20分。所以对总重评分我们使用如下公式:

Score1是分数，为质量。公式可以进一步简化为：
（1）

有效载荷：
候选直升机对有效载荷的规定是大于50kg，所以有效载荷越大越好。鉴于所列直升机最大有效载荷不超过300kg，最小载荷不小于50，所以规定有效载荷50kg得12分，300kg得20分。所以得分计算公式为：

即

其中为有效载荷。 （2）
实用升限：
直升机实用升限的规定是3000m，鉴于最大实用升限为5000m，所以实用升限的评分公式为：

即
（3）
其中H是实用升限。
续航时间：
直升机对于续航时间的规定是4小时，考虑到所选直升机续航时间大多小于4小时，所以规定续航时间为0小时的为0分，5小时为20分。得分计算公式为：

（4）
其中h为续航时间。
巡航速度：
直升机巡航速度的规定是大于100km/h，巡航速度越大越好在此规定巡航速度小于50km/h为0分，达成300km/h为100分。所以得分计算公式为：

即
（5）
其中v为巡航速度 。综合上述技术规定根据公式（1）～（5）计算得分，即
（6）
技术只规定评分（表2）
编号
名称
总重（kg）
有效载荷（kg）
实用升限（m）
续航时间（h）
巡航速度（km/h）
得分
1
A/W95
222
99
3200.4
1
97
54.89
2
XH-1 HobbyCopter
252
91
2440
2.7
72
55.47
3
"Safari" / "Baby Belle"
370
272
2100
2.4
137
67.58
4
Eagle "Helicycle"
386
100
2895
1.7
153
65.33
5
Eagle's Perch Nolan 51-HJ
383
146
3048

97

6
Ultrasport 254
239
124
3290
1.25
101
58.13
7
CH-7 "Angel"
357
154
2500
3
109
66.97
8
 CH-7 "Kompress"
450
205
5000
3.7
160
82.16
9
Mini-500
397
178
3050
3
120
72.97
10
Voyager-500
528
253
4267
2.5
153
70.08
11
"Zeus"

758
271

145

12
"Skylark"
327
170
3750

113

13
DFH Dragonfly 333 / 334
500
218
3050
2
120
62.38
14
EH 1-01
621
281
4495

209

15
Masquito M80
450
230
>2023
4
148
72.68
16
GEN H-4
220
150
3000
1
100
56
17
AirScooter II

150

18
"Skytwister"
302
158

105

2.重量效率：
对有人直升机的改装特性进行评估，重量效率是一个很重要的因素，重量效率越大，说明相同总重的直升机可以载重更多。规定重量效率得分计算公式为：
（7）
重量效率评分（表3）
编号
名称
重量效率
得分
编号
名称
重量效率
得分
1
A/W95
44.59%
44.59
10
Voyager-500
47.92%
47.92
2
XH-1 HobbyCopter
36.11%
36.11
11
"Zeus"

35.75%
35.75
3
"Safari" / "Baby Belle"
42.24%
42.24
12
"Skylark"
51.99%
51.99
4
Eagle "Helicycle"
25.91%
25.91
13
DFH Dragonfly 333 / 334
35.10%
35.10
5
Eagle's Perch Nolan 51-HJ

40.73%
40.73
14
EH 1-01
45.25%
45.25
6
Ultrasport 254
51.88%
51.88
15
Masquito M80
51.11%
51.11
7
CH-7 "Angel"
43.14%
43.14
16
GEN H-4
68.18%
68.18
8
 CH-7 "Kompress"
45.56%
45.56
17
AirScooter II

9
Mini-500
44.84%
44.84
18
"Skytwister"
52.32%
52.32

3.经济性：
将有人直升机改装成无人直升机，需要考虑其经济性。经济性涉及改装经济性和使用经济性。改装经济性重要体现在有人直升机的价格，而使用经济性体现在空重、重量效率和旋翼尺寸。直升机价格直接影响改装成本，重量大的直升机耗油大，重量效率也影响耗油率，而引入旋翼尺寸重要是由于旋翼尺寸体现直升机的尺寸，进而增长使用时的维护成本。经济性得分计算使用下面公式：

即
（8）
其中，为直升机价格， 为所列直升机价格最高的直升机的价格，旋翼直径， 最大旋翼直径。为直升机空重,为最大空重。
经济性评分（表4）
编号
名称
价格(万元)
空重（kg）
有效载荷（kg）
旋翼直径（m）
得分
1
A/W95
5.8
123
99
5.94
55.76
2
XH-1 HobbyCopter

161
91
6.55

3
"Safari" / "Baby Belle"
42.9
372
272
7.62
38.53
4
Eagle "Helicycle"
23.3
227
100
6.35
42.41
5
Eagle's Perch Nolan 51-HJ

11.03
237
146
4.42
57.06
6
Ultrasport 254
21.5
115
124
6.4
50.82
7
CH-7 "Angel"
35.9
203
154
5.79
45.41
8
 CH-7 "Kompress"
64.7
245
205
6.27
35.09
9
Mini-500
15
219
178
5.84
54.64
10
Voyager-500
29.8
275
253
6.75
49.73
11
"Zeus"

487
271

12
"Skylark"

158
170
5.79

13
DFH Dragonfly 333 / 334

282
218
6.6

14
EH 1-01
46
340
281
6.1
44.76
15
Masquito M80
39.9
220
230
5.52
50.64
16
GEN H-4
30.7
70
150
4
59.77
17
AirScooter II

150
4.27

18
"Skytwister"

144
158
6.55

4.改装特点：
改装特点重要考虑乘员数量、机舱形式、旋翼构型、有效载荷。由于改装时最重要的该工作是在直升机上安装各种设备，已实现无人驾驶。乘员数量、机舱形式和有效载荷影响设备安装的难易限度，双旋翼直升机改装比单旋翼容易。乘员数量、机舱形式、旋翼构型、有效载荷各占相同比重，即各占25分。计算公式如下：
（9）
其中，表达乘员，乘员为1时取0.5，乘员为2时取1；为机舱，机舱不封闭取0.5，机舱封闭取1；为旋翼构型，单旋翼取0.5，双旋翼取1；有效载荷，最大有效载荷，最小有效载荷。
改装特点评分（表5）
序号
名称
乘员
机舱
旋翼构型
有效载荷（kg）
得分
1
A/W95
1
不封闭
单旋翼
99
46.31
2
XH-1 HobbyCopter
1
不封闭
单旋翼
91
45.6
3
"Safari" / "Baby Belle"
2
封闭
单旋翼
272
86.7
4
Eagle "Helicycle"
1
封闭
单旋翼
100
58.9
5
Eagle's Perch Nolan 51-HJ

1
封闭
双旋翼
146
75.49
6
Ultrasport 254
1
封闭
单旋翼
124
61.03
7
CH-7 "Angel"
2
封闭
单旋翼
154
76.20
8
 CH-7 "Kompress"
2
封闭
单旋翼
205
80.74
9
Mini-500
1
封闭
单旋翼
178
65.84
10
Voyager-500
1
封闭
单旋翼
253
72.51
11
"Zeus"

2
封闭
单旋翼
271
86.61
12
"Skylark"
1
不封闭
单旋翼
170
52.62
13
DFH Dragonfly 333 / 334
2
封闭
单旋翼
218
81.9
14
EH 1-01
1
封闭
单旋翼
281
75
15
Masquito M80
2
封闭
单旋翼
230
82.96
16
GEN H-4
1
封闭
双旋翼
150
75.85
17
AirScooter II
1
不封闭
双旋翼
150
63.35
18
"Skytwister"
1
封闭
单旋翼
158
64.06

四、总结
总评分（表6）
序号
名称
技术规定
重量效率
经济性
改装特点
总分
百分制
1
A/W95
54.89
44.59
55.76
46.31
201.55
50.39
2
XH-1 HobbyCopter
55.47
36.11

45.6

3
"Safari" / "Baby Belle"
67.58
42.24
38.53
86.7
235.05
58.76
4
Eagle "Helicycle"
65.33
25.91
42.41
58.9
192.55
48.14
5
Eagle's Perch Nolan 51-HJ

40.73
57.06
75.49

6
Ultrasport 254
58.13
51.88
50.82
61.03
221.86
55.47
7
CH-7 "Angel"
66.97
43.14
45.41
76.20
231.72
57.93
8
 CH-7 "Kompress"
82.16
45.56
35.09
80.74
243.55
60.89
9
Mini-500
72.97
44.84
54.64
65.84
238.24
59.56
10
Voyager-500
70.08
47.92
49.73
72.51
240.24
60.06
11
"Zeus"

35.75

86.61

12
"Skylark"

51.99

52.62

13
DFH Dragonfly 333 / 334
62.38
35.10

81.9

14
EH 1-01

45.25
44.76
75

15
Masquito M80
72.68
51.11
50.64
82.96
257.39
64.35
16
GEN H-4
56
68.18
59.77
75.85
259.8
64.95
17
AirScooter II

63.35

18
"Skytwister"

52.32

64.06

（1）四个方面的评价涵盖直升机的大部分技术指标和性能指标，具有参考价值。技术规定评分中，CH-7 "Kompress"分数最高82.16分，这重要是由于CH-7 "Kompress"的实用升限和航时比较高。而Mini-500 、Voyager-500 和Masquito M80分数也较高，由表（2）可以看出这是由于这三款直升机总体参数都比较接近规定。这说明技术评分规定可以体现相应的直升机是否满足技术改装指标。
（2）重量效率也可以直观地体现直升机的性能，从表（3）中可以看出这些直升机的重量效率大多在40%～50%这个范围，最大不超过53%。
经济性和改装特点是所列直升机之间的比较，并不直接反映规定的指标。因此选用的计算公式比较简朴，重要是为了区分它们之间的好坏，分数大小没有太大的直接意义，只有互相比较才干知道优劣。
（3）四方面的评分都是概括性的，比较笼统，除了重量效率，其它的都不能反映单一指标的好坏。而在真正选取时，经常会考虑其中的几方面，这时，就要对这几方面做具体的比较，它们的权值也会加大，而不是现在的平均。
（4）由于一些参数没有获取，没法完全比较所有直升机。从现在已经打分的直升机中，可以看出Masquito M80和 GEN H-4是最适合的，其中Masquito M80各项指标都很接近规定指标，而GEN H-4是共轴双旋翼。从表（1）中可以看出Masquito M80和 GEN H-4的确比较符合，所以总评分可以反映直升机特点，具有一定参考价值。这也说明从技术规定、重量效率、经济性、改装特点四方面去评判直升机的好坏比较全面。

五、附录
Matlab计算程序
clear all
w0=[222 252 644 386 383 239 357 450 397 528 758 327 450 621 450 220 x1 302]; %总重
w_yx=[99 91 272 100 146 124 154 205 178 253 271 170 218 281 230 150 150 158] ;%有效载荷
H_lim=[3200.4 2440 2100 2895 3048 3290 2500 5000 3050 4267 y1 3750 3050 4495 2023 3000 y2 y3]; %实用升限
t=[1 2.7 2.4 1.7 z1 1.25 3 3.7 3 2.5 z2 z3 2 z4 4 1 z5 z6]; %续航时间
v_xh=[97 72 137 153 97 101 109 160 120 153 145 113 120 209 148 100 a1 105]; %巡航速度
D=[5.94 6.55 7.62 6.35 4.42 6.4 5.79 6.27 5.84 6.75 b1 5.79 6.6 6.1 5.52 4 4.27 6.55]; %旋翼直径
w_e=[123 161 372 227 237 115 203 245 219 275 487 158 282 340 220 70 c1 144]; %空重
n_cy=[1 1 2 1 1 1 2 2 1 1 2 1 2 1 2 1 1 1]; %人员数
n_gx=[1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 1]; %构型
n_jc=[0.5 0.5 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0.5 1 1 1 1 0.5 1];%机舱封闭与否
jg=[5.8 d1 42.9 23.3 11.03 21.5 35.9 64.7 15 29.8 d2 d3 d4 46 39.9 30.7 d5 d6] ;%直升机价格
for i=1:1:18
if w0(i)<200 %总重评分
score1(i)=0.08*w0(i)-4;
elseif 200>=w0(i)<400
score1(i)=0.04*w0(i)+4;
else
score1(i)=-0.08*w0(i)+52;
end

score2(i)=10.4-0.032*w_yx(i) %根据有效载荷评分

if H_lim<1000 %总重评分
score3(i)=0;
elseif 1000>=H_lim(i)<3000
score3(i)=0.006*H_lim(i)-6;
else
score3(i)=0.004*H_lim(i);
end

score4(i)=4*t(i) %续航时间评分

if v_xh(i)<100
score5(i)=0.12*v_xh(i);
else
score5(i)=8+0.04*v_xh(i);
end

score_js(i)=score1(i)+score2(i)+score3(i)+score4(i)+score5(i); %按技术规定评分

score_zz(i)=w_yx(i)/w0(i)*100; %按重量效率评分

score_jj(i)=(3-jg(i)/64.7-w_e(i)/487-D(i)/7.62+w_yx(i)/281)*25; %经济性评分

score_gz(i)=25*(n_cy(i)*0.5+n_jc(i)+n_gx(i)*0.5+w_yx(i)/281); %改装特点评分

score(i)=score_js(i)+score_zz(i)+score_jj(i)+score_gz(i); %评价总分

end