固定翼多机编队飞行

固定翼多机编队飞行(二合一)

固定翼编队的意义和作用



多旋翼编队目前正成为一种新颖时尚的表演形式,而固定翼编队配合拉烟或灯光表演编队效果更为宏大。效果虽好,固定翼多机密集编队一直都是技术难点。

       固定翼编队不仅能用于表演,更重要的是在一些行业场景或特殊应用中无限潜力。如协同侦查、集群作战,通过数个小型无人机的编队实现一些大型无人机任务可以明显节约成本,有效提高单次任务的成功率。

     我公司一直在推荐开源飞控的推广与发展工作,目前在固定翼编队方面,基于开源飞控PIXHAWK+通信模块P900,我们也进行了部分探索和研究,重新编写了固定翼的OFFBOARD模式、位置跟踪控制算法以及队形变换的过渡实现,目前已经试飞测试实现3机固定翼的编队,下一步测试4机固定翼的编队,实现横向一字、纵向一字、菱形的队形保持和队形变换。

(说明目前我们多旋翼飞行中的编队亦已经实现三机旋翼的横向一字、纵向一字、以及三角队形的队形保持和编队变换,旋翼编队实现的大概思路是远距离时跟位置、近距离时跟速度。


我公司一直在推荐开源飞控的推广与发展工作,目前在固定翼编队方面,基于开源飞控PIXHAWK+通信模块P900,我们也进行了部分探索和研究,重新编写了固定翼的OFFBOARD模式、位置跟踪控制算法以及队形变换的过渡实现,目前已经试飞测试实现3机固定翼的编队,下一步测试4机固定翼的编队,实现横向一字、纵向一字、菱形的队形保持和队形变换。

编队技术难点


       固定翼编队与多旋翼编队在原理上区别很大,固定翼飞机飞行速度快、位置变化明显,为了保证编队相对间位置的同步和精确,固定翼编队有必要区分长机和僚机,僚机不仅要接收地面的控制指令,也要高频地根据主机的位置实时调整与长机之间的相对位置。

 

固定翼整个编队一直在同步高速运动。在直线段时,编队内所有固定翼飞机都保持同样的航向、高度和速度,考验的是整个编队内所有飞机的信息同步能力和位置跟踪能力。在曲线段时,整个编队整体看还是在同步飞行,但是实际上编队内所有飞机都具有完全不同的位置、速度和姿态,单独飞机的具体表现与飞机在编队中所处的位置非常相关。

 

处于直线段的编队,从机需要与主机保持相同的航线参数,并且从机还要实时修正对直线的跟踪情况;处于曲线段的编队,每个飞机的航线参数都是不同的,每个从机同时还要实时修正对于曲线的跟踪状态。除此之外,编队不仅能按照预先设置好的航线来飞行,还需要根据地面操纵指令随时改变飞行速度和航向的能力,这样一来,从机就需要具有一套同时对直线段和曲线段都能达到良好跟踪的算法。

 

 除了直线和曲线的跟踪,整个编队还会根据需要进行编队队形变换。固定翼飞机由于飞行速度非常快,而且经常容易受到环境风的影响,所以固定翼飞机对于位置的跟踪精度有限,在编队稳定时这个问题不是太明显,只要留出一些安全空间就能够防止飞机相撞,对于编队间隔小于5倍翼展的密集编队也是如此。但是当编队变换形状时,编队飞机之间的相对位置剧烈变化,就必须设计好合适的过渡状态,严防编队飞机在队形变换期间相撞。

 

另外,还要特别注意的是编队的编成和解散环节,这个环节可能会被忽略,但是实际飞行中尤其是调试过程中最常见。已经编成的编队飞机之间使用正常的编队控制算法,还没进入编队的飞机是不可忽略的危险因素,必须要设计合适的编队进入和退出机制,否则就会因为几架“不速之客”打乱整个编队,造成相撞风险。






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