直升机飞行控制的未来

文摘   2024-10-05 10:27   北京  

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如果按照飞行操纵难易度来评估 ,显然Joby的S4比Skyryse的R66更容易,而Skyryse的R66比传统的AW609更容易。Skyryse飞行模拟器的演示飞行中,你可能会意识到直升机到底该如何飞行。只有一个飞行控制,一个操纵杆,忘记管理总距(动力)、周期变距(俯仰和倾斜)和踏板(偏航)。Skyryse的SkyOS飞行控制和操作系统消除了复杂性,使飞行变得纯粹有趣。

Skyryse由首席执行官Mark Groden于2017年创立,总部位于南加州埃尔塞贡多的航空航天集群。机载硬件的飞行测试在北部和西部约50英里的卡马里奥机场进行。Skyryse的目标很明确:开发一种使用电传技术和软件的飞行控制系统,将现有的飞机(旋翼机和固定翼飞机)变成几乎任何人都可以飞行的机器,但仍能从其全部性能和飞行包线中受益。
Skyryse的第一个商业产品是改良的R66。Skyryse移除了驾驶舱控制装置,还移除了一大堆推杆、曲柄和部件,并全部替换为自己的飞行控制系统,其中包括数字发动机控制。参观El Segundo总部的游客可以在大厅附近的展示柜中看到所有被拆除的设备。
需要明确的是,即使是一架简单易飞的飞机也不适合所有人。总是需要一些技能,至少在愿意学习道路规则和安全原则方面,更不用说机器本身的局限性了。今天的飞机,即使是那些具有电传操纵控制的飞机,也很复杂,需要大量的时间和精力来学习。尽管付出了几十年的努力,飞机并没有变得更容易飞行;飞行员训练时间比以往任何时候都长。例如,尽管复杂的自动化和电传操纵飞行控制是现代喷气式飞机的常态,但这些飞机的型号等级并没有降低。
几年前,在航展期间莱昂纳多的AW609倾转旋翼飞行模拟器上进行了演示飞行。演示是在大约一个小时的关于如何驾驶复杂机器的简报后进行的。驾驶倾转旋翼机很复杂。飞行员必须时刻了解发动机/发动机舱在做什么,指向哪个方向,以及如何在垂直或半水平起飞和降落过程中管理它们。与在AW609的经历相比,Skyryse简报只花了几分钟,驾驶Skyryse R66模拟器可以说比驾驶过的任何飞机都简单得多,除了Joby的eVTOL模拟器。
在eVTOL场景中经常出现一个术语——统一飞行控制——这意味着,通过应用正确的技术,可以使几乎任何人都能驾驶飞机。从这个角度来看,Skyryse的努力有些相似。不同的是,Skyryse正在将其系统应用于传统飞机,而不是新型电机,并计划为所有类型的飞机,甚至活塞动力直升机和飞机提供系统。

驾驶舱布局

改装的R66控制系统由两个前排座椅之间的中心杆组成,舒适地放置在右侧座椅的左臂或左侧座椅的右臂上。在R66上,座位选择可能与你更喜欢用哪只手有关。
有两个显示器,一个主飞行显示器(PFD)和一个多功能显示器(MFD)。操纵杆前后移动并扭转以控制偏航。使用靠近操纵杆顶部的滑动半圆形开关或垂直拇指杆选择垂直飞行,用拇指即可轻松启动。向上推拇指杆可上升,向下推可下降。
你需要几分钟的时间来适应控制装置能做什么和不能做什么。倾斜操纵杆会产生倾斜,感觉很自然。向前或向后推动操纵杆可以命令直升机水平向前或向后移动,这就是Skyryse大大简化直升机飞行的地方。在传统的直升机中,周期(杆)控制俯仰和横滚,但移动周期杆后,例如,将机头向上抬头,这会导致直升机减速,除非通过拉起总距来增加动力,并且在移动总距时不要忘记踩下正确的踏板以保持偏航平衡。这是一种持续的运动结合,只要旋翼在转动,它就永远不会停止,需要一些时间来学习。
在Skyryse R66中,前后移动操纵杆可调整空速,功率会自动调整以支持所选速度。要攀爬,请向上按住拇指开关以控制攀爬速度,然后向下按住以下降。

驾驶Skyryse模拟器

模拟器用来展示了使用SkyOS准备飞行要简单得多,因为它管理着直升机操作的各个方面,包括操作限制,如果超过这些限制,可能会导致昂贵的超速或发动机过热,而SkyOS操作系统正在为你管理所有这些。
为了准备起飞,按下PFD上的“飞行”按钮,发动机做出了适当的反应,进入了怠速飞行状态。应该指出的是,发动机启动也是全自动的。在悬停时,用手握住操纵杆并扭转可以使直升机偏航,在操纵过程中保持了完美的平衡。扭转得越多,转弯速度就越快,但SkyOS不允许超过限制。
向上推拇指杆,直升机的爬升率增加,松开拇指操纵杆,直升机重新悬停,高度在64英尺处。用力地把拇指杆往下推,并保持住;直升机开始下降,但速度不超过每分钟300英尺,当它接近地面时,会自动阻止与地面相撞。如果飞行员分心,没有注意到地面急速上升,会启动保护功能
向上推拇指操纵杆,保持所需的爬升速度,直到到达600英尺,然后操纵杆弹回空档,直升机达到平稳飞行,速度保持不变。进而通过倾斜操纵杆进行横向控制,包括完全偏转。SkyOS防止了高速下降或过陡的倾斜,从而使整机很好地保持在安全范围内,但仍然允许随心所欲地操纵。这是一种与驾驶真正直升机明显不同的感觉。
速度控制是前后移动操纵杆可以控制主飞行显示器的速度,而SkyOS正好与该速度相匹配。向前推杆会增加速度指令,松开请求速度的锁定。向后拉会降低速度数字。
SkyOS飞行员不必使用操纵杆来指挥直升机,也可以将目标插入显示器,自动飞行页面上提供了更多指令。

自动自转下滑

Skyryse于2023年7月22日在其Camarillo飞行测试中心进行了首次自动自转下滑。根据Skyryse的说法,这意味着该系统能够快速识别动力故障并启动多个程序,只需按下一个按钮,即可使着陆过程平稳。从进入到稳定下降,它会降低俯仰角,对齐机头,管理飞机稳定性,完成闪光,并优雅地降落在所需的着陆位置。在Skyryse对该事件的视频中,该系统会自动降低以保持旋翼转速,周期向后移动以确保气流通过旋翼盘,在大约150英尺处,直升机向前俯仰并执行完美的触地。
在传统直升机中,飞行员必须使用大量的脑力来操纵三个控制装置,使直升机在正确的高度到达正确的位置,并有足够的能量在不损坏机器的情况下着陆。
像SkyOS这样的系统的巨大好处是,它不仅可以执行完美的自转下滑,而且如果发动机在无法自转下滑的高度-速度曲线段发生故障,将最大限度地提高可用能量,以尽量减少损坏。在直升机中,如果发动机在相对较低的高度低速运转时发生故障,那么就没有足够的能量进行自转下滑。SkyOS将在这种情况下尽最大努力。
设计这样一个系统也意味着对SkyOS进行编程,以防止可能造成麻烦的情况。它不应该让飞行员进入超出直升机能力的状态。例如,这可能包括罗宾逊设计的半刚性旋翼系统中的动力沉降或尾旋翼效率损失。
SkyOS的美妙之处在于,虽然它使直升机在其包线或能力的限制范围内飞行,但仍然有可能使其完成使直升机如此独特的所有直升机机动和飞行动作。Skyryse计划为许多飞机类型开发SkyOS,不仅是直升机,还有固定翼飞机。R66预计将于2025年获得补充型号认证,售价为180万美元,比通常配备的新款R66高出约40万美元。
创始人Groden解释了Skyryse的起源,作为一名飞行员和工程师,非常担心通用航空内部缺乏进化。商业航空公司比以往任何时候都更安全,但每年仍有1000多起小型飞机坠毁。为什么小型飞机仍使用20世纪40年代的复杂控制?为什么直升机仍然需要双手和双脚来保持悬停?而Skyryse开发技术的存在是为了做得更好。最终让小型飞机和大型飞机一样安全。


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