項(xiàng)目五垂起固定翼超視距飛行訓(xùn)練（實(shí)訓(xùn)16學(xué)時(shí)）垂起固定翼的基本概念（1學(xué)時(shí)，講授）；特定機(jī)型垂起固定翼組裝與飛行前檢測(cè)調(diào)試（7學(xué)時(shí)，理實(shí)一體）；垂起固定翼超視距飛行（8學(xué)時(shí)，實(shí)訓(xùn)）。了解垂起固定翼起降方式的各種類型；掌握特定機(jī)型垂起固定翼組裝步驟、裝配工藝和檢測(cè)調(diào)試的正確方法；嚴(yán)格安全操作規(guī)程，完成垂起固定翼超視距飛行實(shí)施；伴隨垂起固定翼裝調(diào)與飛行實(shí)施，領(lǐng)悟無(wú)人機(jī)“結(jié)構(gòu)全系統(tǒng)、作業(yè)全流程”的工作理念。主要實(shí)訓(xùn)內(nèi)容訓(xùn)練要求與目標(biāo)本項(xiàng)目旨在前述各項(xiàng)目所學(xué)傳統(tǒng)固定翼的基礎(chǔ)上，利用垂起固定翼的垂直起降優(yōu)勢(shì)，克服院校訓(xùn)練場(chǎng)地限制，以超視距飛行訓(xùn)練為重點(diǎn)，進(jìn)一步領(lǐng)略垂起固定翼所具有的前飛速度快、航程遠(yuǎn)、航時(shí)長(zhǎng)、能定點(diǎn)起降和懸停、對(duì)機(jī)場(chǎng)跑道沒(méi)有依賴的獨(dú)特魅力；項(xiàng)目選用作者經(jīng)多年教學(xué)實(shí)踐選用的飛龍A7垂起固定翼（PNP版）為飛行平臺(tái)，搭載MissionPlanner地面站、雷迅創(chuàng)新CUAVX7+飛控及與其相適配的GPS和數(shù)傳電臺(tái)等作為主訓(xùn)內(nèi)容，為構(gòu)建了一套可在校園條件下可超視距飛行實(shí)施的“白云巖”垂起無(wú)人機(jī)系統(tǒng)；項(xiàng)目為理實(shí)一體教學(xué)，按實(shí)訓(xùn)課組織：任務(wù)下達(dá)→講解示范→分組訓(xùn)練→總結(jié)講評(píng)。授課總體思路基于無(wú)人機(jī)飛行作業(yè)基本流程：選型→組裝→調(diào)試→超視距飛行實(shí)施；本課件只是主講教師講解示范環(huán)節(jié)的思路提示，其它實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)參照前述各項(xiàng)目，主體思路可改以體現(xiàn)教師個(gè)人授課風(fēng)格。項(xiàng)目教學(xué)說(shuō)明項(xiàng)目五垂起固定翼超視距飛行訓(xùn)練（實(shí)訓(xùn)16學(xué)時(shí)）1垂起固定翼基本概念1-1垂直起降技術(shù)及其特點(diǎn)垂直起降技術(shù)就是指固定翼飛機(jī)可以不用借助跑道而在原地就能垂直起飛和著陸的技術(shù)。其概念最初是由德國(guó)提出的，需求來(lái)源于二戰(zhàn)后期德軍為了應(yīng)對(duì)盟軍的空中轟炸，迫切需要一種能夠進(jìn)行隨時(shí)出擊的、具備一定隱蔽性的防御型戰(zhàn)斗機(jī)，垂直起降攔截機(jī)成為德國(guó)的主要研發(fā)方向。巴赫姆Ba349火箭動(dòng)力截?fù)魴C(jī)，依靠發(fā)射架實(shí)現(xiàn)垂直起飛，短時(shí)滯空作戰(zhàn)后，飛機(jī)解體，由降落傘回收發(fā)動(dòng)機(jī)部分?？稻S爾XFY-1型戰(zhàn)斗機(jī)，世界上第一架在試驗(yàn)中做到垂直起飛、水平飛行和尾部著陸的渦輪螺旋槳尾翼支撐的垂直起降飛機(jī)，美國(guó)1954。發(fā)動(dòng)機(jī)噴口向下正處于垂直狀態(tài)的“鷂”式戰(zhàn)機(jī)，“鷂”式垂直起降戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)身中部安裝有一臺(tái)“飛馬”式推力轉(zhuǎn)向發(fā)動(dòng)機(jī)，前后兩對(duì)可旋轉(zhuǎn)噴口分別位于機(jī)身兩側(cè)，相對(duì)機(jī)身重心保持對(duì)稱。四個(gè)噴口噴出的氣流共同產(chǎn)生供飛機(jī)垂直起降、空中懸停和水平飛行的動(dòng)力。得益于英國(guó)研制的可以改變噴口方向飛馬發(fā)動(dòng)機(jī)。1垂起固定翼基本概念1-1垂直起降技術(shù)及其特點(diǎn)總體來(lái)說(shuō)，固定翼有人飛機(jī)垂直起降技術(shù)的發(fā)展過(guò)程可歸納如下：先是豎立飛機(jī)，接著是豎立發(fā)動(dòng)機(jī)，然后是偏轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)，最后則是偏轉(zhuǎn)推力。這些技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)積累，可以幫助無(wú)人機(jī)完成更為靈活的飛行任務(wù)，并由此催生垂直起降固定翼無(wú)人機(jī)在無(wú)人機(jī)領(lǐng)域的異軍突起。定義：一種重于空氣的無(wú)人機(jī)，垂直起降時(shí)由與直升機(jī)、多旋翼類似起降方式或直接推力等方式實(shí)現(xiàn)，水平飛行時(shí)由固定翼飛行方式實(shí)現(xiàn)，且垂直起降與水平飛行方式可在空中自由轉(zhuǎn)換。——《民用無(wú)人機(jī)駕駛員管理規(guī)定》主要性能指標(biāo)：衡量或比較一架垂起固定翼的性能優(yōu)劣1．平飛速度（提高直升機(jī)的平飛速度一直是科學(xué)家頭疼的問(wèn)題）2．續(xù)航能力（短續(xù)航一直使多旋翼飽受詬?。?．載重能力（關(guān)系到有效載荷的種類）4．懸停效率（懸停時(shí)間長(zhǎng)短及能耗）典型應(yīng)用場(chǎng)景：1．有限的戰(zhàn)艦甲板上部署盡可能多的艦載垂起固定翼，對(duì)于海面起降條件有著更好的適應(yīng)性；2．南海島礁如果一味將寶貴的空間用于建設(shè)跑道，勢(shì)必將限制其他裝備如防空系統(tǒng)、安防系統(tǒng)和雷達(dá)系統(tǒng)的部署；3．民用：多旋翼無(wú)法快速覆蓋的區(qū)域，在傳統(tǒng)固定翼無(wú)法找到合適起降點(diǎn)的山區(qū)、丘陵或叢林等區(qū)域，垂起固定翼都可以大顯身手，充分展現(xiàn)其技術(shù)優(yōu)勢(shì)。1垂起固定翼基本概念1-2垂起固定翼常見(jiàn)類型動(dòng)力復(fù)合式垂起固定翼：在傳統(tǒng)固定翼的基礎(chǔ)上加裝了旋翼機(jī)的垂直起降裝置，目前應(yīng)用最為廣泛。機(jī)翼旋轉(zhuǎn)式垂起固定翼：起降時(shí)利用旋轉(zhuǎn)的機(jī)翼提供飛行所需的升力，巡航飛行時(shí)旋翼停轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)變成機(jī)翼與其他翼面提供升力或采取各種收藏方式減小阻力，由其他固定翼面提供平飛所需升力。傾轉(zhuǎn)旋翼式垂起固定翼：在固定翼的兩端安裝一套可在水平與垂直方向上轉(zhuǎn)動(dòng)的螺旋槳傾轉(zhuǎn)裝置，使得飛機(jī)以直升機(jī)方式起飛后，再操縱旋翼傾轉(zhuǎn)，將旋翼轉(zhuǎn)換成用于平飛提供推力的螺旋槳，由固定的機(jī)翼提供升力，實(shí)現(xiàn)高速巡航。1垂起固定翼基本概念1-2垂起固定翼常見(jiàn)類型傾轉(zhuǎn)機(jī)翼式垂起固定翼：機(jī)翼連同旋翼一起傾轉(zhuǎn)以實(shí)現(xiàn)推力換向。起降或懸停時(shí)，機(jī)翼與平尾保持垂直狀態(tài)，起飛后與降落前利用位于機(jī)身內(nèi)部的傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)完成機(jī)翼和平尾由垂直向水平的傾轉(zhuǎn)。尾座式垂起固定翼：靈感來(lái)自有人戰(zhàn)機(jī)垂直起降技術(shù)的最初設(shè)計(jì)，利用的是噴氣的反作用力，就是由發(fā)動(dòng)機(jī)向下噴氣產(chǎn)生的反作用力作為升力來(lái)克服重力實(shí)現(xiàn)垂直起降。2特定垂起固定翼裝調(diào)2-1設(shè)備及配件檢查清點(diǎn)并檢查設(shè)備、配件及裝調(diào)所需的機(jī)工具，并填入相應(yīng)表格?！鞍自茙r”垂起固定翼教學(xué)訓(xùn)練用機(jī)，碳纖維輕量化設(shè)計(jì)，機(jī)身安排有動(dòng)力、載荷和航電等三個(gè)設(shè)備倉(cāng)，定制4+1模塊化純電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)，即4軸多旋翼電機(jī)加1軸前拉電機(jī)，垂飛轉(zhuǎn)平飛由飛控自主控制，平飛中若升力不足或姿態(tài)過(guò)大，多旋翼將參與輔助飛行。2特定垂起固定翼裝調(diào)2-2機(jī)體組裝（一）安裝平尾：步驟可參照設(shè)備使用說(shuō)明書。（二）安裝機(jī)翼垂臂（三）機(jī)翼與機(jī)身對(duì)接安裝整裝效果2特定垂起固定翼裝調(diào)2-3飛控固件安裝與校準(zhǔn)（一）固件下載與安裝：下載地址：/flight-controller/x7/zh-hans/firmware.html#ardupilot-firmware。多么熟悉的界面，上一個(gè)項(xiàng)目中都有學(xué)過(guò)，熟能生巧，溫故而知新??！2特定垂起固定翼裝調(diào)2-3飛控固件安裝與校準(zhǔn)（二）改為垂直起降固定翼參數(shù)2特定垂起固定翼裝調(diào)2-3飛控固件安裝與校準(zhǔn)（三）加速度計(jì)校準(zhǔn)（四）GPS設(shè)置：具體方法參見(jiàn)教材。（五）羅盤校準(zhǔn)2特定垂起固定翼裝調(diào)2-4飛控設(shè)備安裝飛控及其相關(guān)航電設(shè)備按圖示連接關(guān)系，分別安裝到機(jī)身上的電池艙、載荷艙和飛控艙，包括：（一）電源模塊設(shè)置與安裝（二）空速計(jì)安裝與校準(zhǔn)（三）GPS安裝（四）數(shù)傳安裝（五）CUAVX7+飛控安裝與線路連接特別說(shuō)明：由于“白云巖”垂起固定翼教學(xué)訓(xùn)練用機(jī)配套有使用說(shuō)明書，且教材中對(duì)此部分描述已甚為詳細(xì)，故課件有些地方只列提綱，便于實(shí)訓(xùn)教學(xué)中給學(xué)生留有時(shí)間查閱和思考。2特定垂起固定翼裝調(diào)2-5飛控參數(shù)設(shè)置（一）飛行模式設(shè)置：用SC（3段）開(kāi)關(guān)控制3個(gè)模式（最簡(jiǎn)單?。ǘ┥湘i/解鎖設(shè)置：參照固定翼（項(xiàng)目四）ARMING_REQUIRE=1；ARMING_CHECK=1；ARMING_RUDDER=2；Q_M_SPIN_ARM：解鎖后電機(jī)怠速旋轉(zhuǎn)速度，0.0-慢速，0.1-中速，0.2-快速，不能大于Q_M_SPIN_MIN，可為默認(rèn)值0.1。LAND_DISARMDELAY：自動(dòng)降落后，如果飛機(jī)仍然在地面上，飛機(jī)將在20秒后自動(dòng)上鎖。2特定垂起固定翼裝調(diào)2-5飛控參數(shù)設(shè)置（三）地面站失控保護(hù)設(shè)置：可參照項(xiàng)目四

1．FS_GCS_ENABL：地面站失控保護(hù)開(kāi)關(guān)，0-禁用，1-啟用。此處設(shè)置為1。需要注意的是，在地面測(cè)試中，因?yàn)橐褂脝为?dú)的電機(jī)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)或拆卸螺旋槳以保證安全，故試飛完成前不推薦使用！

2．FS_LONG_TIMEOUT：地面站失控保護(hù)觸發(fā)時(shí)間，默認(rèn)為5s；

3．FS_LONG_ACTN：長(zhǎng)時(shí)間失控觸發(fā)故障保護(hù)方式，建議設(shè)置為1。其保護(hù)方式跟飛行模式有關(guān)；4．Q_RTL_MODE：RTL與QRTL轉(zhuǎn)換，0-禁用，1-啟用，設(shè)置為1，若離返航點(diǎn)很遠(yuǎn)自動(dòng)轉(zhuǎn)固定翼RTL返航，到達(dá)返航點(diǎn)RTL_RADIUS半徑內(nèi)自動(dòng)變多軸QRTL。5．FS_SHORT_TIMEOUT和FS_SHORT_ACTN，默認(rèn)即可。（四）PID參數(shù)設(shè)置：建議將原始PID參數(shù)做好備份再根據(jù)飛行測(cè)試結(jié)果予以修改。3飛行前準(zhǔn)備3-1全系統(tǒng)靜態(tài)測(cè)試（一）選擇合適起降場(chǎng)地：多旋轉(zhuǎn)翼需求，平整開(kāi)闊、人員較少，參考項(xiàng)目三（二）無(wú)人機(jī)架設(shè)：飛機(jī)水平放置在起飛點(diǎn)，機(jī)頭逆風(fēng)朝向，機(jī)頭方向30米范圍內(nèi)開(kāi)闊無(wú)遮擋安裝螺旋槳：前拉和垂臂共4個(gè)螺旋槳飛機(jī)正后方10米左右位置展開(kāi)地面站，連接數(shù)傳電臺(tái)（三）靜態(tài)測(cè)試：先開(kāi)遙控器，垂起模式QSTABILIZE，且油門最小位打開(kāi)電腦，啟動(dòng)地面站軟件，確保地面端數(shù)傳模塊天線豎直向上飛機(jī)加電3飛行前準(zhǔn)備（一）外觀檢查：機(jī)身機(jī)翼、舵面舵角、接插件是否正常，連接部位是否緊固。3-2飛行前檢查

（二）遙控器舵面檢查：遙控器控制舵量，及飛機(jī)各舵面反饋是否一致，若有問(wèn)題需重新調(diào)試。檢查副翼檢查升降舵（三）姿態(tài)自穩(wěn)檢查：3飛行前準(zhǔn)備（四）航向檢查：兩人配合，一人手握飛機(jī)在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，另一人在地面站觀察水平儀頂端的航向角數(shù)值變化。正常情況下，當(dāng)航向角為0°或360°時(shí)機(jī)頭朝向正北，90°時(shí)朝向正東，180°時(shí)朝向正南，270°時(shí)朝向正西，由此可進(jìn)一步判斷不同的航向角所對(duì)應(yīng)的機(jī)頭朝向。3-2飛行前檢查

（五）空速校正：兩人配合，先由一人在飛機(jī)端用空瓶套住空速管，另一人在地面站軟件的對(duì)應(yīng)任務(wù)卡里執(zhí)行空速校正動(dòng)作，此時(shí)的空速值顯示應(yīng)在0～2m/s之間；移去空瓶并向空速管輕輕吹氣，地面站人員可觀察到空速值增大明顯，至少應(yīng)大于8～10m/s，吹氣結(jié)束后空速值應(yīng)重新回落到0～2m/s之間。（六）飛機(jī)重心檢查：（七）地面站參數(shù)檢查：1．通信鏈路：數(shù)傳信號(hào)強(qiáng)度接近100%為正常，低于90％不能起飛。2．GPS：定位精度小于1m、顆數(shù)大于10顆正常，低于6顆嚴(yán)禁起飛。3．動(dòng)力電池：電壓接近25.2V為正常，低于24.8V不能起飛。（八）動(dòng)力檢查：解鎖試車，檢查多旋翼模式時(shí)的動(dòng)力系統(tǒng)工作狀態(tài)，保證電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向正確且轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。3飛行前準(zhǔn)備3-3手動(dòng)視距內(nèi)飛行測(cè)試

（一）動(dòng)力解鎖正常20秒內(nèi)，輕推油門，使飛機(jī)以旋翼方式升高到5米以上懸停。（二）若飛機(jī)懸停性能良好，則可像操縱多旋翼那樣，使飛機(jī)前后、左右、上下移動(dòng)和左右轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)一步考察飛機(jī)在多旋翼模式下的姿態(tài)穩(wěn)定情況。（三）如果多旋翼模式飛行穩(wěn)定，可進(jìn)一步將飛機(jī)升高到50米以上，改飛行模式為FBWA模式轉(zhuǎn)固定翼飛行。飛行過(guò)程中柔和變舵并隨時(shí)關(guān)注油門和高度的跟隨性，以及左右盤旋姿態(tài)的穩(wěn)定性。（四）飛機(jī)盤旋到飛手正前方起降場(chǎng)地時(shí)，再改多旋翼飛行，輕收油門以實(shí)現(xiàn)飛機(jī)緩慢降落著陸。4-1航線規(guī)劃

航線規(guī)劃是無(wú)人機(jī)任務(wù)規(guī)劃的核心內(nèi)容之一，指根據(jù)無(wú)人機(jī)需要完成的任務(wù)、無(wú)人機(jī)的數(shù)量以及攜帶任務(wù)載荷的類型，對(duì)無(wú)人機(jī)制定飛行路線并進(jìn)行任務(wù)分配。后續(xù)有《無(wú)人機(jī)地面站系統(tǒng)勤務(wù)與操作》課程專門予以詳細(xì)學(xué)習(xí)。4超視距飛行實(shí)施（一）具體實(shí)例：航線與航點(diǎn)構(gòu)成，所以畫航線需先添加航點(diǎn)。航程點(diǎn)有其屬性（或參數(shù)）描述，例如航點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)，飛機(jī)飛行至此航點(diǎn)時(shí)的高度、速度和航向，飛機(jī)的繞圈、延遲、返航，等等，添加航點(diǎn)要設(shè)置這些參數(shù)。（二）航線上傳：在地面站的飛行計(jì)劃頁(yè)面，點(diǎn)擊右邊狀態(tài)欄的“寫入航點(diǎn)”指令，將上例中已規(guī)劃好的航線由地面站上傳至機(jī)載飛控。4-1航線規(guī)劃

4超視距飛行實(shí)施（三）模擬飛行：模擬飛行也稱仿真演示，是指在數(shù)字地圖上添加飛行航線，仿真飛行過(guò)程，檢驗(yàn)飛行指令和航程點(diǎn)屬性參數(shù)設(shè)置的正確性和可行性，這是無(wú)人機(jī)任務(wù)規(guī)劃要實(shí)現(xiàn)的主要功能之一。1．飛機(jī)和遙控器斷電，避免產(chǎn)生真實(shí)飛行數(shù)據(jù)與模擬飛行數(shù)據(jù)間的沖突。2．打開(kāi)模飛輔助軟件Cygwin64Terminal，在彈窗中輸入./ardupilot/Tools/autotest/sim_vehicle.py-vArduPlane-fquadplane-Lwczy-N，由此調(diào)用模擬數(shù)據(jù)庫(kù)。3．出現(xiàn)新彈窗，打開(kāi)MP地面站并點(diǎn)擊“連接”按鈕，通過(guò)“加載航點(diǎn)文件”調(diào)入已規(guī)劃航線，再經(jīng)歷“寫入航點(diǎn)”、“清除任務(wù)”、“讀取航點(diǎn)”的步驟模擬航線上傳。4．點(diǎn)擊“動(dòng)作”按鈕的“解鎖/鎖定”完成模擬解鎖，最后通過(guò)“設(shè)定航點(diǎn)”和“設(shè)定模式”開(kāi)始模飛。4超視距飛行實(shí)施超視距飛行應(yīng)在手動(dòng)視距內(nèi)飛行驗(yàn)證后實(shí)施，請(qǐng)?jiān)俅未_認(rèn)各項(xiàng)檢查符合飛行標(biāo)準(zhǔn)，航線規(guī)劃正確并上傳無(wú)誤。4-2飛行實(shí)施

（一）起飛：三種起飛方式1．遙控器自動(dòng)起飛2．地面站自動(dòng)起飛3．手動(dòng)起飛（二）飛行中重規(guī)劃：飛行中遇到地形、氣象變化、臨時(shí)禁飛等突發(fā)情況時(shí)，需要對(duì)預(yù)規(guī)劃航線進(jìn)行動(dòng)態(tài)和局部調(diào)整，如路徑修改、命令任務(wù)改變和應(yīng)急處置預(yù)案選擇等。常見(jiàn)重規(guī)劃操作包括變向、變高、變速和修改指令任務(wù)等幾種情況。（三）返航操作：1．自動(dòng)返航2.遙控器手動(dòng)返航3.

應(yīng)急返航請(qǐng)注意各種返航方式的正確操作，隨時(shí)報(bào)告垂降過(guò)程中的遙測(cè)數(shù)據(jù)，直到旋翼停轉(zhuǎn)并自動(dòng)上鎖為止。4超視距飛行實(shí)施4-3著陸后檢查

（一）斷電順序：與飛行前加電順序相反，即先飛機(jī)斷電，再地面站斷電，最后是遙控器斷電。1.

記錄飛機(jī)著陸后的飛行時(shí)長(zhǎng)和電池電壓，然后飛機(jī)斷電，取下電池；2.

地面站斷開(kāi)連接，關(guān)閉地面站，取下地面數(shù)傳模塊；3.

關(guān)閉遙控器。（