无人直升机效能评估方法研究胡瀚杰模板.doc

资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。第二十六届( ) 全国直升机年会论文无人直升机效能评估方法研究胡瀚杰, 宫元, 张志清, 戴勇, 张逊( 总参六十所, 江苏南京, 210016) 摘 要: 在对有人直升机效能评估方法分析研究的基础上, 基于客户购选无人直升机的角度, 选取合适的效能评估方法, 分析了各性能指标的权重, 为客户建立一个简单、 准确的无人直升机效能评估方法, 并对影响工作效能的参数进行了分析。运用此方法对国内外几种典型的无人直升机进行了效能评估, 结果验证了该评估方法的适用性。关键词: 无人直升机; 效能; 评估方法1 前言侦查( 航拍) 已经是现在无人直升机任务组成的重要部分, 在战争、 救灾、 测绘和安保方面有着显著的作用。由于其独有的悬停特性, 能对指定目标进行持续跟踪侦察; 在卫星和固定翼飞机侦察有困难的复杂地形, 无人直升机的侦查更是有着显著的优势。可是, 当前还没有一个能让客户在购前使用的简单、 准确的效能评估方法, 对于客户来讲, 只对两种或少量几种无人机之间进行选择的时代已经过去, 市场上充斥着国内外几十种无人机, 而衡量无人直升机性能的参数种类繁多, 适用范围各异, 当前还没有能让客户参考的综合各参数性能的方法, 因此客户只能在满足最基本的要求( 如最短航程或拍摄精度) 的无人直升机之间进行简单的比较, 综合选择时尤如盲人摸象。另一方面, 对于研发单位来讲, 新设计一款无人直升机之前, 也需要一种简单有效的效能评估方法对前有的各种典型无人直升机进行效能分析, 以便设计前综合市场情况对将要研发的无人直升机进行准确的性能定位, 提高设计方案的可用度和可行性。2 效能评估的方法”效能”是用以评估或评定系统内含的特定功能及其运行中表现出的效果和尺度。对于无人直升机来说, 效能是指直升机执行规定任务时所能达到的、 客户企盼或要求达到目标的程度或预测度。效能评估的方法有很多, 最常见的有以下几种: 1) 专家评估层次法专家评估层次法是把复杂的问题分解成若干个组成因素, 然后将这些因素按从属关系进行分层, 专家评比时只需对分层的各因素进行比较, 确定同一层次中诸因素的相对重要性。这种方法在侦查无人机效能评估中被大量使用, 可是其对客户的专业要求比较高, 适用性不广。2) 公式分析法公式分析法是根据描述效能指标和给定函数之间的描述关系来计算效能指标的值。其公式透明性好, 计算简单, 易于建立, 便于各个变量因素之间的分析应用。3) 统计法 统计法是应用数理统计方法, 根据大量的飞行适用资料数据来进行系统的性能评估。该方法有着很高的准确度, 但消耗比较大, 对时间的要求也很长。4) 计算机计算模拟法 计算机模拟法就是以计算机为实验手段, 经过给定条件来对效能进行仿真。该方法依然同统计法一样需要大量的基础数据和原始资料。本文旨在为客户在选择无人直升机时提供一个清晰、 准确而且相对简便的性能评估方法。对于大多数客户而言, 邀请大量专家进行评估或者搜集海量基础数据进行仿真都是不现实的, 因此本文选择公式分析法构建无人直升机效能评估指标。3 无人直升机效能评估指标进行综合评价时, 效能指标体系的构建是关键所在, 指标体系搭建的合理性直接关系到最终评价结果的精确性。无人直升机性能指标很多, 针对不同的需求各有侧重, 公式分析法能够科学的概括这些繁杂的性能指标, 具有公式透明性好, 计算简单, 易于建立等优点, 因此用该方法来建立无人直升机效能评估体系是比较合理的。基于上述方法, 本文最终搭建了无人直升机效能评估指标树如图1所示。图1 无人直升机效能评估指标树3.1 基本性能从满足客户需求的角度, 无人直升机基本性能从三个方面进行评估: 航程、 航时和升限。航程: L为无人直升机航程, 为客户需求或企盼航程, 为无人直升机基准航程, 取=150Km。 航时: T为无人直升机航时, 为客户需求或企盼航时, 为无人直升机基准航时, 取2.5h。升限: h为无人直升机升限, 为客户需求或企盼升限。3.2 执行任务能力当前绝大部分无人直升机主要用于侦察( 民用航拍) , 因此本文中无人直升机特定任务仅考虑侦查( 航拍) 任务。无人直升机执行任务的能力从四个方面进行评估: 专项工作能力( 探测能力) 、 机动性、 任务载荷和自主飞行能力。无人直升机的探测能力分为可见光侦查( 包含照相侦察和视频侦查) 、 雷达侦查和红外侦查。分项评估的公式如下: 照相侦查: 视频侦查: 上两式中, R为有效拍摄半径, 为有效拍摄水平角度, 为有效拍摄垂直角度, P为拍摄分辨率, F为放大系数, Y为视频桢数, 取29.97, D为夜视设备参数, 有为1, 无为0。雷达侦查: 红外侦查: 上两式中, R为有效探测半径, 为有效探测水平角度, 为发现概率, I为设备系数, 不同设备I值不同。总探测能力效能评估公式为: 由于客户需求的无人直升机对侦查能力要求各不相同, 因此可见光、 雷达和红外等在探测能力中所占的权重也各不相同, 其权重系数表如下: 表1 个侦察能力占总探测能力系数客户强烈需求1.21.01.50.8客户需求度一般0.90.51.00.5客户不需要0.201.00 无人直升机机动性能计算公式可表示为: 上式中, 为最大速度, 为最大正过载, 为最小负过载, 为最大爬升率。不同于固定翼机的是直升机最重要的部件是旋翼, 集中了直升机的大部分气动操纵面, 因此还要综合考虑旋翼的性能, 以桨盘载荷为参考, 使得, 其中R为桨盘半径, T为旋翼拉力。V为无人直升机机基准航速, 取114km/h。任务载荷能力是无人直升机执行特定任务时所需携带任务设备的重量, 其公式为: 式中, 是客户需求的任务载荷, 是无人直升机空机自重, GKL是基准载荷系数, 涡轴发动机取GKL=0.15, 活塞发动机取GKL=0.08。 自主飞行能力评估公式为: 操纵效能系数, 通讯能力, 传感器精度, 传动方式, 自主飞行控制程序可靠性, 若无自主飞行能力, 在客户需求的情况下取=0.2, 客户不需求的情况下取=0.5。3.3 可用与可靠性无人直升机的可用性与可靠性能够由任务可靠度、 维修度和任务环境TER表示: 式中, 是任务的可靠性, 即在给定条件下, 无人直升机良好完成任务的概率; 是无人直升机的可维修度, 即在规定条件下保持或恢复无人直升机工作能力的概率; TER表示任务环境, 其取值如下: 表2 TER系数低于用户需求略等于用户要求大于用户要求平常01.01.0严峻( 风雨天气等) 0.41.11.15恶劣( 暴雨、 大风等) 0.81.21.3危险( 沙尘、 雨雪等) 0.91.41.5 环境因素除了上表所列举的天气因素外, 还有地形因素和人为环境因素( 复杂电磁环境等) , 但这些因素难以确定, 本文在进行效能评估时予以忽略。整个无人直升机效能评估公式就能够表示为: 4 效能评估实例以本文的效能评估方法对一些典型无人直升机进行了评估, 评估过程中假设客户需求航时为1.5h、 航程为100km、 使用升限3000m, 所得的部分结果如下: 表3 无人直升机效能评估结果机型基本性能可用与可靠性航时航程升限火力侦察兵2.423.751.00.85卡-1371.63.821.00.88斯普莱特0.820.771.00.64FH-10.480.530.80.51表4 无人直升机效能评估结果( 续) 执行任务能力总体效能探测能力机动性能任务载荷能力自主飞行能力8.221.751.330.8720.455.121.671.410.5514.487.961.430.880.789.643.111.391.020.467.24图2中分别表示了无人直升机航时、 航程、 升限、 可用与可靠性、 探测能力、 机动性能、 任务载荷能力、 自主飞行能力和总体效能的对比。经过对四种典型无人直升机(美国的火力侦察兵、 俄罗斯的K-137、 英国的斯普莱特和北航的FH-1)的对比, 验证了本文所建公式的可行性。在具体计算中, 探测能力、 机动性和可用与可靠性对无人直升机效能影响比较大。图2 多款无人直升机效能对比图5 结束语本文切合客户的实际情况, 提出了一种简单、 明确的无人直升机效能评估方法。对各个性能指标的权重进行了分配; 总结出了比较科学、 合理的效能指标公式; 应用本文的指标公式对一些典型无人直升机进行了效能指标分析。该方法能够应用于非专业或无法大量获取基础数据的专业客户的购前分析。参 考 文 献1 曹义华. 直升机效能评估方法. 北京航空航天大学出版社2 Daniel P R.Aircraft design:A conceptual approachM.Washington D C:AIAA3 吕峰 汪卫华 黄得所. 侦查无人机作战效能评估准则研究. 指挥控制与仿真 ( 3) .78-804 朱宝鎏 朱荣昌 熊笑飞.作战飞机效能评估( 第二版) .航空工业出版社5 钱立志. 无人机作战运用. 解放军出版社The Research to Effect Valuation Method of Unmanned Helicopter HU Han-jie , GONG Yuan, ZHANG Zhi-qing, DAI Yong, ZHANG Xun(The Sixtieth Institute of the Headquarters of the General, Nanjing 210016, China)Abstract: In analyzing the foundation of research to the helicopter effect valuation method, according to the customers idea of choosing the unmanned helicopter, select by examinations suitable effect valuation method, analyzed the power of each function index sign heavy, built up a simple and accurate unmanned helicopter effect valuation method for customer, and carried on analysis to the parameter that influences work effect. Made use of this method to carry on effect valuation and verify the applicability of the valuations method as a result at home and abroad to the unmanned helicopter of a few typical models.Keyword: Unmanned helicopter; effect; valuation method