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CN110937120A - 用于控制旋翼飞行器的系统及方法 - Google Patents

用于控制旋翼飞行器的系统及方法 Download PDF

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CN110937120A
CN110937120A CN201910379666.5A CN201910379666A CN110937120A CN 110937120 A CN110937120 A CN 110937120A CN 201910379666 A CN201910379666 A CN 201910379666A CN 110937120 A CN110937120 A CN 110937120A
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CN
China
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ramp rate
flight control
rotorcraft
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Application number
CN201910379666.5A
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摩根纳·科迪·克莱因
吉利安·萨曼莎·艾尔弗雷德
克里斯托弗·詹姆斯·吕特克
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bell Helicopter Textron Inc
Original Assignee
Bell Helicopter Textron Inc
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Publication date
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Abstract

提供了用于控制旋翼飞行器的系统及方法。在一个实施方式中，旋翼飞行器包括：多个发动机；飞行控制计算机，其连接至多个发动机，飞行控制计算机被配置成：接收多个发动机中的第一发动机的操作参数；根据第一发动机的操作参数与第一发动机的标称限制之间的差来确定第一发动机的发动机输出斜坡率；以及响应于检测到多个发动机中的另外的发动机的停机而增加第一发动机的输出，第一发动机的输出根据发动机输出斜坡率来被增加。

Description

用于控制旋翼飞行器的系统及方法
技术领域
本申请涉及飞行器的领域，更具体而言涉及用于控制旋翼飞行器的系统及方法。
背景技术
旋翼飞行器可以包括具有一个或更多个主旋翼系统的一个或更多个旋翼系统。主旋翼系统产生气动升力以支撑飞行中的旋翼飞行器的重量，并且产生推力以在向前飞行时移动旋翼飞行器。旋翼飞行器旋翼系统的另一示例是尾旋翼系统。尾旋翼系统可以在与主旋翼系统的旋转方向相同的方向上产生推力，以对抗由主旋翼系统产生的扭矩效应。为了旋翼飞行器平稳且有效的飞行，飞行员平衡发动机动力、主旋翼总距推力、主旋翼周期距推力和尾旋翼推力，并且控制系统可以辅助飞行员稳定旋翼飞行器并且减少飞行员工作负担。
发明内容
在一个实施方式中，一种方法包括：接收旋翼飞行器的第一发动机的操作参数；根据第一发动机的操作参数和第一发动机的标称限制之间的差来确定第一发动机的发动机输出斜坡率；以及响应于检测到旋翼飞行器的另外的发动机的停机而增加第一发动机的输出，第一发动机的输出根据发动机输出斜坡率来被增加。
在该方法的一些实施方式中，增加第一发动机的输出包括：暂时增加第一发动机的输出以超出第一发动机的标称限制。在该方法的一些实施方式中，确定发动机输出斜坡率包括：根据第一发动机的操作参数来在运行时计算发动机输出斜坡率。在该方法的一些实施方式中，确定发动机输出斜坡率包括：从查找表中选择发动机输出斜坡率，查找表是根据第一发动机的操作参数来被索引的。在一些实施方式中，该方法还包括：在暂时增加第一发动机的输出之前等待预定量的时间。在该方法的一些实施方式中，接收操作参数包括：根据旋翼飞行器的飞行控制模式从多个操作参数中选择操作参数；以及从第一发动机请求操作参数。在该方法的一些实施方式中，第一发动机的标称限制是第一发动机的最大旋转速度，并且其中增加第一发动机的输出包括：暂时增加第一发动机的输出，使得第一发动机的旋转速度超出第一发动机的最大旋转速度达第一预定余量。在该方法的一些实施方式中，第一发动机的标称限制是第一发动机的最大扭矩，并且其中增加第一发动机的输出包括：暂时增加第一发动机的输出，使得第一发动机的扭矩超出第一发动机的最大扭矩达第二预定余量。在该方法的一些实施方式中，第一发动机的标称限制是第一发动机的最高温度，并且其中增加第一发动机的输出包括：暂时增加第一发动机的输出，使得第一发动机的温度超出第一发动机的最高温度达第三预定余量。在该方法的一些实施方式中，发动机输出斜坡率与第一发动机的操作参数和第一发动机的标称限制之间的差成比例。
在一个实施方式中，旋翼飞行器包括：多个发动机；飞行控制计算机，其连接至多个发动机，飞行控制计算机被配置成：接收多个发动机中的第一发动机的操作参数；根据第一发动机的操作参数和第一发动机的标称限制之间的差来确定第一发动机的发动机输出斜坡率；以及响应于检测到多个发动机中的另外的发动机的停机而增加第一发动机的输出，第一发动机的输出根据发动机输出斜坡率来被增加。
在旋翼飞行器的一些实施方式中，飞行控制计算机通过以下来增加第一发动机的输出：暂时增加第一发动机的输出以超过第一发动机的标称限制。在旋翼飞行器的一些实施方式中，飞行控制计算机通过以下来确定发动机输出斜坡率：根据第一发动机的操作参数来在运行时计算发动机输出斜坡率。在旋翼飞行器的一些实施方式中，飞行控制计算机通过以下来确定发动机输出斜坡率：从查找表中选择发动机输出斜坡率，查找表是根据第一发动机的操作参数来被索引的。在旋翼飞行器的一些实施方式中，飞行控制计算机还被配置成：在暂时增加第一发动机的输出之前等待预定量的时间。在旋翼飞行器的一些实施方式中，飞行控制计算机通过以下来接收操作参数：根据旋翼飞行器的飞行控制模式从多个操作参数中选择操作参数；以及从第一发动机请求操作参数。在旋翼飞行器的一些实施方式中，第一发动机的标称限制是第一发动机的最大旋转速度，并且其中飞行控制计算机通过以下来增加第一发动机的输出：暂时增加第一发动机的输出，使得第一发动机的旋转速度超出第一发动机的最大旋转速度达第一预定余量。在旋翼飞行器的一些实施方式中，第一发动机的标称限制是第一发动机的最大扭矩，并且其中飞行控制计算机通过以下来增加第一发动机的输出：暂时增加第一发动机的输出，使得第一发动机的扭矩超出第一发动机的最大扭矩达第二预定余量。在旋翼飞行器的一些实施方式中，第一发动机的标称限制是第一发动机的最高温度，并且其中飞行控制计算机通过以下来增加第一发动机的输出：暂时增加第一发动机的输出，使得第一发动机的温度超出第一发动机的最高温度达第三预定余量。在旋翼飞行器的一些实施方式中，发动机输出斜坡率与第一发动机的操作参数和第一发动机的标称限制之间的差成比例。
在一个实施方式中，飞行控制计算机包括：处理器；非暂态计算机可读存储介质，其存储用于由处理器执行的程序，该程序包括用于以下操作的指令：接收旋翼飞行器的第一发动机的操作参数；根据第一发动机的操作参数和第一发动机的标称限制之间的差来确定第一发动机的发动机输出斜坡率；以及响应于检测到旋翼飞行器的另外的发动机的停机而增加第一发动机的输出，第一发动机的输出根据发动机输出斜坡率来被增加。
附图说明
为了更完整地理解本发明及其优点，现在参照以下结合附图进行的描述，在附图中：
图1示出了根据一些实施方式的旋翼飞行器；
图2A是根据一些实施方式的电传飞行控制系统的框图；
图2B示出了根据一些实施方式的驾驶舱的内部；
图3是根据一些实施方式的三环飞行控制系统的框图；
图4是根据一些实施方式的用于在停机期间增加发动机输出的方法的流程图；以及
图5A和图5B是示出发动机相对于时间的输出的曲线图。
具体实施方式
下面描述本公开内容的系统和方法的说明性实施方式。为清楚起见，实际实现方式的所有特征可能未必全部在本说明书中描述。当然，将要理解，在任何这样的实际实施方式的开发中，可以做出许多特定于实现方式的决策以实现开发者的特定目标，例如符合系统相关和商业相关的约束，这将随实现方式的不同而不同。此外，应该理解，这样的开发努力可能是复杂且耗时的，但是对于受益于本公开内容的本领域普通技术人员而言仍然是日常任务。
在本文中，当在附图中对设备进行描绘时，可以参考各个部件之间的空间关系以及部件的各个方面的空间取向。然而，如本领域技术人员在完整阅读本公开内容之后将会认识到的，本文所描述的设备、构件、装置等可以以任何期望的取向来定位。因此，由于本文中描述的设备可以以任何期望的方向定向，因此使用诸如“在......上方”、“在......下方”、“上”、“下”的术语或其他类似术语来描述各个部件之间的空间关系或描述这样的部件的各方面的空间取向应当分别被理解成描述部件之间的相对关系或这样的部件的各方面的空间取向。
越来越多地使用旋翼飞行器，特别是用于商业应用和工业应用，导致了更大更复杂的旋翼飞行器的发展。然而，随着旋翼飞行器变得越来越大且越来越复杂，飞行旋翼飞行器与固定翼飞行器之间的差异也越来越明显。由于旋翼飞行器使用一个或更多个主旋翼来同时提供升力、控制姿态、控制海拔高度并且提供横向的移动或位置的移动，因此不同的飞行参数和控制装置彼此紧密地耦合，这是因为主旋翼的空气动力特性影响每个控制装置和运动轴。例如，旋翼飞行器在巡航速度或高速下的飞行特性可能与在悬停时或相对较低速度下的飞行特性显著不同。另外，对于主旋翼上的不同轴的不同飞行控制输入，例如周期距(cyclic)输入或总距(collective)输入，影响旋翼飞行器的其他飞行控制装置或飞行特性。例如，使旋翼飞行器的机头向前俯仰以增加前进速度将通常导致旋翼飞行器降低海拔高度。在这种情况下，可以增加总距以保持水平飞行，但是总距的增加需要在主旋翼处的动力增加，这又需要来自尾旋翼的额外的反扭矩力。这与固定翼系统形成对比，在固定翼系统中，控制输入较少彼此密切关联并且不同速度制度(speed regime)下的飞行特性彼此比较密切相关。
近来，在旋翼飞行器中引入了电传飞行(fly-by-wire，FBW)系统，以在稳定地驾驶旋翼飞行器方面辅助飞行员并且减轻飞行员的工作负担。FBW系统在不同飞行制度下可以针对周期距控制输入、踏板控制输入或总距控制输入来提供不同的控制特性或响应，并且可以通过将物理飞行特性解耦来提供稳定性辅助或增强，使得飞行员免于需要对发给旋翼飞行器的一些飞行命令进行补偿。FBW系统可以在设置在飞行员控制装置与飞行控制系统之间的一个或更多个飞行控制计算机(FCC)中实现，从而向飞行控制装置提供校正，这帮助更有效地操作旋翼飞行器或使旋翼飞行器进入稳定飞行模式同时仍使得飞行员能够重写(override)FBW控制输入。例如，旋翼飞行器中的FBW系统可以自动地调整发动机输出的动力以匹配总距控制输入、在周期距控制输入期间应用总距或动力校正、提供一个或更多个飞行控制程序的自动化、提供默认或建议的控制定位等。
用于旋翼飞行器的FBW系统必须针对FBW系统控制的飞行参数提供稳定的飞行特性，同时允许飞行员重写或调整由FBW系统建议的任何建议飞行参数。另外，在为旋翼飞行器飞行提供增强的控制和自动化功能时，FBW系统必须保持直观且易于飞行员使用飞行控制系统。因此，FBW系统调整飞行员飞行控制装置，以使得控制装置处于与相关飞行参数相关联的位置。例如，FBW系统可以调整总距杆以提供建议的飞行参数或FBW系统控制的飞行参数，其中所述飞行参数反映总距或动力设置。因此，在飞行员释放总距杆并且FBW系统提供总距控制命令的情况下，总距杆被与实际动力或总距设置有关地直观定位，以使得在飞行员抓住总距杆取回控制的情况下，该控制杆被定位在飞行员所预计的杆针对主旋翼的实际总距设置被定位的位置处。类似地，FBW系统使用周期距杆来例如调整飞行路径的湍流、漂移或其他干扰，并且可以在FBW系统补偿周期距控制时移动周期距杆。因此，在飞行员抓住周期距杆以从FBW系统取得对飞行的控制时，周期距杆被定位为反映实际的周期距设置。
图1示出了根据一些实施方式的旋翼飞行器101。旋翼飞行器101具有主旋翼系统103，该主旋翼系统103包括多个主旋翼桨叶105。每个主旋翼桨叶105的俯仰可以由斜盘107控制，以选择性地控制旋翼飞行器101的姿态、海拔高度和移动。可以使用斜盘107来集体地和/或周期地改变主旋翼桨叶105的俯仰(pitch)。旋翼飞行器101还具有反扭矩系统，该反扭矩系统可以包括尾旋翼109、无尾旋翼(NOTAR)或双主旋翼系统。在具有尾旋翼109的旋翼飞行器中，每个尾旋翼桨叶111的俯仰被集体地改变以改变反扭矩系统的推力，从而提供对旋翼飞行器101的方向控制。尾旋翼桨叶111的俯仰由一个或更多个尾旋翼致动器改变。在一些实施方式中，FBW系统向尾旋翼致动器或主旋翼致动器发送电信号以控制旋翼飞行器的飞行。
由发动机115向主旋翼系统103和反扭矩系统提供动力。可以存在一个或更多个发动机115，所述一个或更多个发动机115可以根据来自FBW系统的信号来被控制。发动机115的输出被提供至驱动轴117，该驱动轴117分别通过主旋翼传动装置119和尾旋翼传动装置121机械地且在操作上耦接至旋翼系统103和反扭矩系统。
旋翼飞行器101还包括机身125和尾部123。尾部123可以具有用于控制或稳定旋翼飞行器101的飞行的其他飞行控制设备，例如水平或垂直稳定器、舵、升降舵或其他控制装置或稳定面。机身125包括驾驶舱127，驾驶舱127包括显示器、控制装置和仪表。应该理解，即使旋翼飞行器101被描绘为具有某些特征，旋翼飞行器101也可以具有各种特定于实现方式的配置。例如，在一些实施方式中，驾驶舱127被配置成容纳飞行员或者飞行员和副飞行员。然而，还设想，可以远程操作旋翼飞行器101，在这种情况下，驾驶舱127可以被配置为全功能驾驶舱以容纳飞行员(并且可能还有副飞行员)以提供更大的使用灵活性，或者可以被构造成具有有限功能的驾驶舱(例如，仅容纳一个人的驾驶舱，这一个人将作为进行操作的飞行员，但也许还具有远程副飞行员，或者这一个人将作为副飞行员或后备飞行员，同时远程执行主驾驶功能)。在其他设想的实施方式中，旋翼飞行器101可以被配置为无人交通工具，在这种情况下，可以完全取消驾驶舱127以节省空间和成本。
图2A是根据一些实施方式的用于旋翼飞行器101的电传飞行控制系统201的框图。图2B示出了根据一些实施方式的驾驶舱127的内部，并且结合图2A进行描述。飞行员可以操纵一个或更多个飞行员飞行控制装置以控制旋翼飞行器的飞行。飞行员飞行控制装置可以包括人工控制装置，例如周期距控制组件217中的周期距杆231、总距控制组件219中的总距杆233以及踏板控制组件221中的踏板239。由飞行员向飞行员飞行控制装置提供的输入可以通过飞行控制系统201以机械方式和/或电子方式(例如，经由FBW飞行控制系统)发送至飞行控制设备。飞行控制设备可以表示能够进行操作以改变旋翼飞行器101的飞行特性的设备。作为示例，旋翼飞行器上的飞行控制设备可以包括能够进行操作以改变主旋翼桨叶105和尾旋翼桨叶111的位置或迎角或者改变发动机115的动力输出的机械系统和/或电气系统。飞行控制设备包括诸如斜盘107、尾旋翼致动器113的系统以及能够进行操作以控制发动机115的系统。飞行控制系统201可以独立于机组人员来调整飞行控制设备，以使旋翼飞行器稳定、减少机组人员的工作负担等。飞行控制系统201包括集体地调整飞行控制设备的发动机控制计算机(ECCU)203、飞行控制计算机(FCC)205以及飞行器传感器207。
飞行控制系统201具有一个或更多个FCC 205。在一些实施方式中，提供多个FCC205以用于冗余。FCC 205内的一个或更多个模块可以部分地或全部地体现为用于执行本文描述的任何功能的软件和/或硬件。在飞行控制系统201是FBW飞行控制系统的实施方式中，FCC 205可以分析飞行员输入并且向ECCU 203、尾旋翼致动器113和/或用于斜盘107的致动器派遣相应的命令。此外，FCC 205被配置成通过与每个飞行员飞行控制装置相关联的传感器来接收来自飞行员控制装置的输入命令。通过测量飞行员控制装置的位置来接收输入命令。FCC 205还控制至飞行员控制装置的触觉提示命令，或者在例如仪表板241上的仪表中显示信息。
ECCU 203控制发动机115。例如，ECCU 203可以改变发动机115的输出动力以控制主旋翼桨叶或尾旋翼桨叶的旋转速度。ECCU 203可以根据来自FCC 205的命令来控制发动机115的输出动力，或者可以基于反馈例如测量的主旋翼桨叶的每分钟转数(RPM)来控制发动机115的输出动力。
飞行器传感器207与FCC 205进行通信。飞行器传感器207可以包括用于测量各种旋翼飞行器系统、飞行参数、环境状况等的传感器。例如，飞行器传感器207可以包括用于测量空速、海拔高度、姿态、位置、取向、温度、空速、垂直速度等的传感器。其他传感器207可以包括依赖于源自旋翼飞行器外部的数据或信号的传感器，例如全球定位系统(GPS)传感器、VHF全向范围传感器、仪表着陆系统(ILS)等。
周期距控制组件217连接至周期距配平组件229，周期距配平组件229具有一个或更多个周期距位置传感器211、一个或更多个周期距止动传感器235以及一个或更多个周期距致动器或周期距配平马达209。周期距位置传感器211测量周期距杆231的位置。在一些实施方式中，周期距杆231是沿两个轴移动并且允许飞行员控制俯仰和滚转的单个控制杆，俯仰是旋翼飞行器的机头的垂直角度(vertical angle)，滚转是旋翼飞行器的左右摆动(side-to-side)角度。在一些实施方式中，周期距控制组件217具有分开测量滚转和俯仰的单独的周期距位置传感器211。用于检测滚转和俯仰的周期距位置传感器211分别生成滚转信号和俯仰信号(有时分别被称为周期距经度信号和周期距纬度信号)，滚转信号和俯仰信号被发送至FCC205，FCC 205控制斜盘107、发动机115、尾旋翼109或相关的飞行控制设备。
周期距配平马达209连接至FCC 205，并且从FCC 205接收信号以移动周期距杆231。在一些实施方式中，FCC 205根据以下中的一个或更多个来确定对周期距杆231的建议周期距杆位置：总距杆位置、踏板位置、旋翼飞行器的速度、海拔高度和姿态、发动机每分钟转数(RPM)、发动机温度、主旋翼RPM、发动机扭矩或者其他旋翼飞行器系统状况或飞行状况。建议周期距杆位置是由FCC 205确定以产生期望的周期距动作的位置。在一些实施方式中，FCC 205向周期距配平马达209发送指示建议周期距杆位置的建议周期距杆位置信号。虽然FCC 205可以命令周期距配平马达209将周期距杆231移动至特定位置(这又将相应地驱动与斜盘107相关联的致动器)，但是周期距位置传感器211检测由周期距配平马达209设置的或由飞行员输入的周期距杆231的实际位置，从而允许飞行员重写建议周期距杆位置。周期距配平马达209连接至周期距杆231，使得在配平马达正在驱动周期距杆231的同时飞行员可以移动周期距杆231，以重写建议周期距杆位置。因此，在一些实施方式中，FCC 205从周期距位置传感器211接收指示实际周期距杆位置的信号，并且不依赖于建议周期距杆位置来命令斜盘107。
类似于周期距控制组件217，总距控制组件219连接至总距配平组件225，总距配平组件225具有一个或更多个总距位置传感器215、一个或更多个总距止动传感器237以及一个或更多个总距致动器或总距配平马达213。总距位置传感器215测量总距控制组件219中的总距杆233的位置。在一些实施方式中，总距杆233是沿着单个轴移动或者具有杠杆式动作的单个控制杆。总距位置传感器215检测总距杆233的位置，并且将总距位置信号发送至FCC 205，FCC 205根据总距位置信号来控制发动机115、斜盘致动器或相关的飞行控制设备，以控制旋翼飞行器的垂直运动。在一些实施方式中，FCC 205可以向ECCU 203发送动力命令信号并且向主旋翼致动器或斜盘致动器发送总距命令信号，使得主桨叶的迎角集体升高或降低，并且发动机动力被设置为提供所需的动力以保持主旋翼RPM基本上恒定。
总距配平马达213连接至FCC 205，并且从FCC 205接收信号以移动总距杆233。类似于对建议周期距杆位置的确定，在一些实施方式中，FCC205根据以下中的一个或更多个来确定对总距杆233的建议总距杆位置：周期距杆位置、踏板位置、旋翼飞行器的速度、海拔高度和姿态、发动机RPM、发动机温度、主旋翼RPM、发动机扭矩或者其他旋翼飞行器系统状况或飞行状况。FCC 205生成建议总距杆位置，并且将相应的建议总距杆信号发送至总距配平马达213，以将总距杆233移动至特定位置。总距位置传感器215检测由总距配平马达213设置的或由飞行员输入的总距杆233的实际位置，从而允许飞行员重写建议总距杆位置。
踏板控制组件221具有测量踏板控制组件221中的踏板或其他输入元件的位置的一个或更多个踏板传感器227。在一些实施方式中，踏板控制组件221不含配平马达或致动器，并且可以具有在飞行员释放踏板时使踏板居中的机械返回元件。在其他实施方式中，踏板控制组件221具有根据来自FCC 205的信号将踏板驱动至建议踏板位置的一个或更多个配平马达。踏板传感器227检测踏板239的位置并且将踏板位置信号发送至FCC 205，FCC205控制尾旋翼109以使旋翼飞行器偏航或绕垂直轴旋转。
周期距配平马达209和总距配平马达213可以分别将周期距杆231和总距杆233驱动至建议位置。虽然周期距配平马达209和总距配平马达213可以分别将周期距杆231和总距杆233驱动至建议位置，但是该运动能力还可以用于向飞行员提供触觉提示。在飞行员正在移动杆来指示特定状况的情况下，周期距配平马达209和总距配平马达213可以沿特定方向推动相应的杆。由于FBW系统将该杆与一个或更多个飞行控制设备在机械上断开连接，因此飞行员可能不会感觉到与飞行控制组件机械地连接的杆中所固有的急停、振动或其他触觉提示。在一些实施方式中，FCC 205可以使周期距配平马达209和总距配平马达213抵抗飞行员命令而推动，使得飞行员感觉到阻力，或者可以命令一个或更多个摩擦设备来提供在飞行员移动杆的情况下感觉到的摩擦。因此，FCC 205通过在该杆上提供压力和/或摩擦来控制对杆的感觉。
另外，周期距控制组件217、总距控制组件219和/或踏板控制组件221可以各自具有确定飞行员是否正在操纵特定控制设备的一个或更多个止动传感器。例如，周期距控制组件217可以具有确定飞行员正在握持周期距杆231的周期距止动传感器235，而总距控制组件219具有确定飞行员是否正在握持总距杆233的总距止动传感器237。该周期距止动传感器235和总距止动传感器237检测由飞行员输入引起的相应控制杆的运动和/或位置，而非检测由来自FCC 205的命令、旋翼飞行器振动等引起的运动和/或位置，并且向FCC 205提供指示这样的情况的反馈信号。在FCC 205检测到飞行员已控制住或正在操纵特定控制装置的情况下，FCC 205可以确定杆脱离止动(out-of-detent，OOD)。同样地，在来自止动传感器的信号向FCC 205指示飞行员已释放了特定杆的情况下，FCC可以确定操纵杆处于止动中(in-detent，ID)。FCC 205可以基于特定杆或飞行员控制装置的止动状态来向一个或更多个飞行系统提供不同的默认控制命令或自动化命令。
图3是根据一些实施方式的飞行控制系统201的框图。以高度示意性方式示出了飞行控制系统201的一些操作方面。具体地，飞行控制系统201被示意性地示出为被实现为运行某些控制律的一系列相互关联的反馈环路。尽管飞行控制系统201被示为三环路飞行控制系统，但是应当理解，飞行控制系统201可以以不同的方式实现，例如利用不同数量的控制环路实现。
在一些实施方式中，飞行控制系统201的元件可以至少部分地由FCC 205来实现。然而，飞行控制系统201的部件(301、303、305、307)中的所有部件、一些部件或没有部件可以位于旋翼飞行器100外部或远离旋翼飞行器101，并且通过网络连接309与机载设备通信。
飞行控制系统201具有：飞行员输入311、外环路313、中环路315、内环路317、解耦器319以及飞行器装备321(例如，对应于诸如斜盘107、尾旋翼传动装置121等的飞行控制设备；驱动飞行控制设备的致动器(未示出)；以及诸如飞行器传感器207、周期距位置传感器211、总距位置传感器215、周期距止动传感器235、总距止动传感器237等的传感器等)。
在所示的示例中，三环路设计将内稳定化环路和速率反馈环路与外引导和跟踪环路分开。控制律结构主要将整体稳定任务和减少飞行员工作负荷的相关任务分配给内环317。接下来，中环路315(有时称为速率环路)提供速率增强。外环路313关注引导和跟踪任务。由于内环路317和中环路315提供了大部分的稳定性，因此在外环路层面上需要较少的控制工作。如代表性地示出的，由于对于飞行稳定性来说外环路313的任务不是必需的，因此可以设置开关323以接通和关闭外环路飞行增强。
在一些实施方式中，内环路317和中环路315包括应用于滚转/俯仰/偏航3轴速率陀螺仪和加速度反馈传感器的一组增益和滤波器。内环路和速率环路二者都可以与各种外环路保持模式无关地保持激活。外环路313可以包括级联的环路层，该级联的环路层包括姿态环路、速度环路、位置环路、垂直速度环路、海拔高度环路以及航向环路。根据一些实施方式，在所示环路中运行的控制律使得能够解耦以其他方式耦合的飞行特性，这进而可以提供更稳定的飞行特性和减少的飞行员工作负担。此外，外环路313可以允许某些高级别任务或飞行模式的自动或半自动操作，从而进一步减轻飞行员的工作负荷并使得飞行员能够专注于其他事项，包括观察周围地形。
飞行控制系统201可以实现为由FCC 205执行的程序。该程序包括实现飞行控制系统201的各方面的指令。FCC 205可以包括存储程序的存储器325，例如非暂态计算机可读存储介质。一个或更多个处理器327连接至存储器325，并且能够进行操作以执行该程序。
在正常情况下，发动机115在标称操作限制以下进行操作。标称操作限制可以是发动机115的最大连续输出限制，例如，允许发动机115在长时间内连续操作的最大输出。最大连续输出限制可以是发动机速度、发动机扭矩、发动机温度或其组合。尽管发动机115可能能够暂时超出其标称限制，但这样做可能会快速磨损发动机115，从而减少发动机故障和/或重建之间的平均时间。
如上所述，可以存在多个发动机115。多于一个的发动机115允许冗余，使得单个发动机停机可能不会导致旋翼飞行器101的完全故障。在一些实施方式中，发动机115可以在正常情况下级联操作，使得每个发动机115为主旋翼系统103提供一些动力，并且在正确操作期间没有发动机115超出其标称限制。
在发动机故障期间，剩余发动机115的输出增加，使得旋翼飞行器101可以保持其当前的飞行状况或模式。例如，如果控制环路之一维持旋翼飞行器101的海拔高度保持，则增加剩余发动机115的输出以尝试并维持该保持。在一些实施方式中，剩余发动机115的输出可以暂时增加到超出其标称限制。尽管长期看来这种增加可能损坏剩余的发动机115，但这种增加也可以帮助防止旋翼飞行器101完全故障。快速增加剩余发动机115的输出可能对发动机115造成压力。在剩余发动机115已经接近其标称操作限制进行操作的情况下，过快的增加可能导致超出发动机115或驱动系统的最大可能输出，例如过扭矩情况、过热情况等。
根据一些实施方式，剩余发动机115的斜坡率(ramping rate)是可变的。例如，在发动机故障期间，剩余发动机115的输出可以以配置的斜坡率逐渐增加。斜坡率的增加速率可以是除步进跳跃以外的转变。使用逐渐速率增加可以减少超出新目标发动机输出的机会，并且可以避免在剩余发动机115的输出暂时增加到超出其标称限制的情况下超出发动机115或驱动系统的最大可能输出。在一些实施方式中，斜坡率是预先确定的。在一些实施方式中，斜坡率是基于剩余发动机115的操作参数来在运行中(on-the-fly)确定的。发动机115的操作参数可以用于确定剩余的发动机输出净空(headroom)，并且在剩余发动机115具有足够的输出净空剩余的情况下可以使用更积极的斜坡率，从而使得能够在发动机故障之后维持旋翼飞行器101的飞行和/或更快地稳定旋翼飞行器101的飞行。
图4是根据一些实施方式的用于在停机期间增加发动机115输出的方法401的流程图。方法401可以实现为飞行控制系统201的特征，并且可以由FCC 205执行。方法401实现了在运行中确定斜坡率的实施方式，并且可以在所有控制模式下执行，例如，无论飞行控制系统201的外环路飞行增强特征是打开还是关闭。
在处理403中，接收旋翼飞行器101的第一发动机115的操作参数。所述操作参数可以是从发动机115接收的多个操作参数中之一。FCC 205从ECCU 203接收的信号可以包括操作参数或指示操作参数。操作参数的示例包括由第一发动机115产生的当前扭矩、第一发动机115的当前旋转速、第一发动机115的当前温度等。
可以由FCC 205从ECCU 203请求第一发动机115的操作参数。操作参数可以是若干可用操作参数中之一，并且可以由FCC 205根据旋翼飞行器101的当前飞行控制模式来选择所请求的操作参数。如上所述，在停机期间增加剩余第一发动机115的输出，使得旋翼飞行器101可以继续维持当前的状况或模式。因此，不同的状况可能要求发动机115的不同输出特性。例如，第一飞行控制模式可能需要特定的发动机速度，而第二飞行控制模式可能需要特定的发动机扭矩。在这样的实施方式中，在停机期间，从第一发动机115请求的操作参数可以对应于主动飞行模式所要求的操作参数。例如，在第一飞行控制模式需要特定的发动机速度的情况下，第一发动机115的操作参数可以是当前发动机速度。
在处理405中，针对第一发动机115确定发动机输出斜坡率。根据第一发动机115的操作参数和第一发动机115的标称限制之间的差来确定发动机输出斜坡率。标称限制是第一发动机115的任何限制，例如最大连续输出限制(例如，扭矩生产、旋转速度、温度等)。标称限制对应于所选的操作参数。例如，在操作参数是第一发动机115的当前旋转速度的情况下，则标称限制可以是第一发动机115的最大旋转速度。可以同样考虑最大扭矩和最大温度。
操作参数与标称限制之间的差可以被认为是第一发动机115的输出净空量。发动机输出斜坡率可以是将经过的时间与第一发动机115的输出相关联的线性函数、非线性函数或阶跃函数。发动机输出斜坡率的增加速率可以与发动机输出净空成比例，使得在第一发动机115具有更大的输出净空的情况下所确定的发动机输出斜坡率更积极。例如，在第一发动机115在标称限制处进行操作的情况下，发动机输出斜坡率可以具有小的增加速率(参见例如图5A，下面进一步讨论)。相反，在第一发动机115在标称限制以下进行操作的情况下，发动机输出斜坡率可以具有大的增加速率(参见例如图5B，下面进一步讨论)。在第一发动机115充分低于标称限制进行操作的情况下，例如在操作参数与标称限制之间的差大于预定值的情况下，发动机输出斜坡率可以是阶跃函数。
可以以若干方式确定发动机输出斜坡率。在一些实施方式中，发动机输出斜坡率是在运行时计算的值，其中斜坡率是基于公式和第一发动机115的操作参数确定的。在一些实施方式中，发动机输出斜坡率是预定值，该预定值可以从例如根据操作参数进行索引的查找表中选择。
在处理407中，响应于检测到旋翼飞行器101的另一发动机115的停机而增加第一发动机115的输出。可以通过从另一发动机115的ECCU 203接收指示发动机停机的信号来检测另一发动机115的停机。执行暂时增加可以被称为从所有发动机进行操作(all-enginesoperative，AEO)的场景转变至单个发动机不操作(one-engine inoperative，OEI)的场景。
在一些实施方式中，第一发动机115的输出被暂时增加超出第一发动机115的标称限制。第一发动机115的输出增加到的量可以被称为最大暂时输出限制。虽然增加发动机115的输出以超出其标称限制会更快地磨损发动机115，但是这样做也可以帮助防止旋翼飞行器101的完全故障。最大暂时输限制大于标称限制并且可以小于发动机115的最大可能输出。在一个实施方式中，最大暂时输出限制大于标称限制达预定余量，该预定余量对应于所选择的操作参数。例如，在操作参数是发动机旋转速度的情况下，可以增加第一发动机115的旋转速度超出第一发动机115的最大旋转速度达预定旋转速度余量。可以同样考虑最大扭矩和最大温度。
第一发动机115的输出根据发动机速度斜坡率而增加。图5A和图5B是示出在不同的发动机速度斜坡率下的第一发动机115相对于时间的输出的曲线图。图5A示出了使用小的斜坡率将第一发动机115的输出增加超出标称限制。图5B示出了使用大的斜坡率将第一发动机115的输出增加超出标称限制。
可选地，可以执行等待。在检测到另一发动机115的停机之后并且在暂时增加第一发动机115的输出之前，可以经过预定量的时间。在一个实施方式中，可以在从AEO切换至OEI之前执行一秒等待。一秒等待可以是由FCC 205执行的单独步骤，或者可以合并至发动机速度斜坡率函数中。
实施方式可以实现各种优点。在OEI场景期间将剩余发动机115的输出增加超出标称限制也可以帮助防止旋翼飞行器101的完全故障。在剩余发动机115的输出暂时增加超出标称限制的情况下，特别是在剩余发动机115已经在其标称限制处或接近其标称限制进行操作的情况下，使用逐渐速率增加代替阶跃增加可以减少超出发动机115或驱动系统的最大可能输出的机会。
尽管已经参照说明性实施方式描述了本发明，但是并不旨在以限制性意义来解释本说明书。在参照本说明书时，对这些说明性实施方式的各种修改和组合以及本发明的其他实施方式对于本领域技术人员而言将变得明显。因此，旨在使所附权利要求书涵盖任何这样的修改或实施方式。

Claims (21)

1.一种方法，包括：
接收旋翼飞行器的第一发动机的操作参数；
根据所述第一发动机的操作参数和所述第一发动机的标称限制之间的差来确定所述第一发动机的发动机输出斜坡率；以及
响应于检测到所述旋翼飞行器的另外的发动机的停机而增加所述第一发动机的输出，所述第一发动机的输出根据所述发动机输出斜坡率来被增加。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，增加所述第一发动机的输出包括：
暂时增加所述第一发动机的输出以超出所述第一发动机的标称限制。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述发动机输出斜坡率包括：
根据所述第一发动机的操作参数来在运行时计算所述发动机输出斜坡率。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述发动机输出斜坡率包括：
从查找表中选择所述发动机输出斜坡率，所述查找表是根据所述第一发动机的操作参数来被索引的。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在暂时增加所述第一发动机的输出之前等待预定量的时间。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，接收所述操作参数包括：
根据所述旋翼飞行器的飞行控制模式来从多个操作参数中选择所述操作参数；以及
从所述第一发动机请求所述操作参数。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一发动机的标称限制是所述第一发动机的最大旋转速度，并且其中，增加所述第一发动机的输出包括：
暂时增加所述第一发动机的输出，使得所述第一发动机的旋转速度超出所述第一发动机的最大旋转速度达第一预定余量。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一发动机的标称限制是所述第一发动机的最大扭矩，并且其中，增加所述第一发动机的输出包括：
暂时增加所述第一发动机的输出，使得所述第一发动机的扭矩超出所述第一发动机的最大扭矩达第二预定余量。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一发动机的标称限制是所述第一发动机的最高温度，并且其中，增加所述第一发动机的输出包括：
暂时增加所述第一发动机的输出，使得所述第一发动机的温度超出所述第一发动机的最高温度达第三预定余量。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述发动机输出斜坡率与所述第一发动机的操作参数和所述第一发动机的标称限制之间的差成比例。
11.一种旋翼飞行器，包括：
多个发动机；
飞行控制计算机，其连接至所述多个发动机，所述飞行控制计算机被配置成：
接收所述多个发动机中的第一发动机的操作参数；
根据所述第一发动机的操作参数和所述第一发动机的标称限制之间的差来确定所述第一发动机的发动机输出斜坡率；以及
响应于检测到所述多个发动机中的另外的发动机的停机而增加所述第一发动机的输出，所述第一发动机的输出根据所述发动机输出斜坡率来被增加。
12.根据权利要求11所述的旋翼飞行器，其中，所述飞行控制计算机通过以下来增加所述第一发动机的输出：
暂时增加所述第一发动机的输出以超出所述第一发动机的标称限制。
13.根据权利要求11所述的旋翼飞行器，其中，所述飞行控制计算机通过以下来确定所述发动机输出斜坡率：
根据所述第一发动机的操作参数来在运行时计算所述发动机输出斜坡率。
14.根据权利要求11所述的旋翼飞行器，其中，所述飞行控制计算机通过以下来确定所述发动机输出斜坡率：
从查找表中选择所述发动机输出斜坡率，所述查找表是根据所述第一发动机的操作参数来被索引的。
15.根据权利要求11所述的旋翼飞行器，其中，所述飞行控制计算机还被配置成：
在暂时增加所述第一发动机的输出之前等待预定量的时间。
16.根据权利要求11所述的旋翼飞行器，其中，所述飞行控制计算机通过以下来接收所述操作参数：
根据所述旋翼飞行器的飞行控制模式来从多个操作参数中选择所述操作参数；以及
从所述第一发动机请求所述操作参数。
17.根据权利要求11所述的旋翼飞行器，其中，所述第一发动机的标称限制是所述第一发动机的最大旋转速度，并且其中，所述飞行控制计算机通过以下来增加所述第一发动机的输出：
暂时增加所述第一发动机的输出，使得所述第一发动机的旋转速度超出所述第一发动机的最大旋转速度达第一预定余量。
18.根据权利要求11所述的旋翼飞行器，其中，所述第一发动机的标称限制是所述第一发动机的最大扭矩，并且其中，所述飞行控制计算机通过以下来增加所述第一发动机的输出：
暂时增加所述第一发动机的输出，使得所述第一发动机的扭矩超出所述第一发动机的最大扭矩达第二预定余量。
19.根据权利要求11所述的旋翼飞行器，其中，所述第一发动机的标称限制是所述第一发动机的最高温度，并且其中，所述飞行控制计算机通过以下来增加所述第一发动机的输出：
暂时增加所述第一发动机的输出，使得所述第一发动机的温度超出所述第一发动机的最高温度达第三预定余量。
20.根据权利要求11所述的旋翼飞行器，其中，所述发动机输出斜坡率与所述第一发动机的操作参数和所述第一发动机的标称限制之间的差成比例。
21.一种飞行控制计算机，包括：
处理器；以及
非暂态计算机可读存储介质，其存储用于由所述处理器执行的程序，所述程序包括用于以下操作的指令：
接收旋翼飞行器的第一发动机的操作参数；
根据所述第一发动机的操作参数和所述第一发动机的标称限制之间的差来确定所述第一发动机的发动机输出斜坡率；以及
响应于检测到所述旋翼飞行器的另外的发动机的停机而增加所述第一发动机的输出，所述第一发动机的输出根据所述发动机输出斜坡率来被增加。
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