警用安防无人机自主滑跑分为三轮滑跑和两轮滑跑两个阶段,每一阶段都可分为纵向控制和横侧向控制,纵向控制的主要目的是保证抬前轮时的速度及起飞离地时的速度和迎角都在安全的范围内,以保证起飞的安全性;横侧向控制的目的是使无人机在地面滑跑过程中相对于跑道中心线的侧偏距始终保持在容许的范围内,防止由于跑道路况、侧风干扰、结构及推力线不对称等因素使无人机冲出跑道的情况发生,保证无人机既能够贴紧地面滑跑,保持平衡,又能够避免航向和侧向位置产生偏离。

1、纵向控制能力

对自主滑跑纵向控制采用建立一个初始升降舵面,然后让发动机工作在较大功率状态,直至无人机获得离地速度的控制方式,但实际上无人机所受升力随着滑跑速度的增大而增大,地面对三轮的支持力逐渐变小,且由于抬头力矩逐渐增大,前轮所受地面支持力减小的更快。由于前轮转向纠偏的纠偏效果与地面对前轮的支持力密切相关,因此滑跑过程中的纵向控制方式直接影响到前轮转向纠偏的控制效果。

2、纠偏控制效率

无人机三轮滑跑阶段纵向控制采用通过操纵升降舵使其产生低头力矩来保持前后轮压力比i为定值的控制方式,一方面保证了前轮转向纠偏的控制效率,另一方面也减小了由于跑道平整度原因造成的滑跑过程中的颠簸;待无人机滑跑至抬前轮速度,升降舵由正向偏转变为负向偏转,使无人机所受抬头力矩增大,无人机转入两轮滑跑阶段,从而通过增大迎角的方式增加升力,使无人机离地。国内一些研究人员已经对无人机自主滑跑控制问题进行了相关研究,但大多是纵向控制的研究,对飞机的滑跑纠偏控制研究不足。

统计数据表明,滑跑段是警用安防无人机外场试验事故的高发段,发生事故的一个重要原因就是侧向纠偏控制效果不佳。自主滑跑的横侧向纠偏方式主要有主轮刹车纠偏、前轮转向纠偏等方式,随着滑跑速度的增加,气动力效应逐渐增大,当速度足够大时,也可采用方向舵来纠偏。