摘 要：根据无人机用发动机设计和使用特点，针对发动机加速性试飞考核项目，分析有人机和无人机加速试飞动作过程，提取试飞核心要素，制定具体方案设计流程，并通过试飞验证。结果表明，该试飞方法在无人机使用范围内满足航空发动机加速性试飞考核要求，方法具有一定的通用性，可以指导后续发动机加速性试飞。

关键词：无人机；航空发动机；加速性；试飞方法

 0 引 言 

近年来，随着无人机领域的蓬勃发展，无人机用发动机得到越来越多的关注[1-8]，由于飞机无人化操作带来的飞机/发动机使用特点[9]，无人机用航空发动机试飞技术面临严峻挑战，如何将传统有人机航空发动机试飞技术与无人机设计和使用特点相结合是技术工程师面临的首要难题。发动机加速性试飞作为航空发动机设计定型试飞的关键项目[10]，其加速过程中的工作稳定性和加速性能直接影响到无人机是否能准时到达战场并完成指定任务[11]，因而，无人机用发动机加速性试飞是众多必须解决的试飞技术难题之一。

国内在发动机加速性试飞方面发表的文章较少，且更多的是有人驾驶飞机发动机试飞[12-13]，无人机用发动机的试验研究还处于起步阶段，更多的是对试验内容的探讨[14-15]，在国外，全球鹰高空长航时无人侦察机作为世界范围内顶尖技术水平的无人机，其动力装置采用了罗罗公司的AE3007H发动机，该型发动机是商用AE3007发动机的改进型，在采办初期进行了大量的试验，其中进行了至少3次高空台模拟试验[16]。在1995年和1998年进行的高空台模拟试验中，对发动机功率瞬变性能进行了专项的摸底试验，考虑了不同高度、不同推油门速率、有无引气、有无功率提取和进气畸变等因素对发动机工作的影响，试验过程中，优化了油门移动速率避免加减速过程中对发动机工作稳定性造成影响，多场次、考虑多种影响因素的发动机高空台试验显示发动机功率瞬变性能的重要性。

笔者基于无人机设计和使用特点，以发动机自动加速试飞为目标，对发动机自动加速性试飞方法进行研究。

 1 无人机设计特点简介 

1.1 无人机控制系统设计特点

对于大型无人机而言，飞机通常使用发动机最大状态或最大连续状态进行爬升，用部分推力进行巡航，用慢车状态进行下降。在巡航飞行阶段，常规的控制方法有速度闭环控制方法和总能量控制方法，前者通过控制发动机油门改变发动机推力来稳定飞机飞行高度和速度，后者固定发动机推力，通过高度和速度来控制飞机姿态。例如全球鹰无人机block20在45 000英尺以下采用速度闭环控制方法，当飞行高度超过45 000英尺以后采用能量控制方法控制飞行。

无人机的爬升和下降两种控制方法为发动机加速性试飞提供了一种途径，即可通过改变飞行高度来控制发动机工作状态的变化，达到预期的目标。

1.2 无人机用发动机加速控制特点

无人机发动机加速性受油门速率限制，需由油门指令速率、软件控制速率和电动舵机移动速率共同确定。油门指令速率反映了飞控系统或飞行操作员对发动机推力的需求，但需求指令到控制系统后，会受到系统软件设置的速率限制，如全球鹰无人机发动机在进行高空台试验时通过设置油门速率来确保发动机在功率变换过程中工作稳定。当控制器输出油门移动速率后，由电动舵机完成发动机油门的变化，舵机作为执行机构，有移动速率极限。三者对燃油控制是一个低选的工作模式，速率最低的环节起作用。

由此可见，有别于有人机直接将人工油门速率反映到发动机燃油调节器上，无人机需经过指令、控制系统和执行机构三个环节才能最终反映到发动机本体的燃油调节上。

1.3 无人机用发动机加速性含义

发动机加速的本质是发动机推力的变化，由于飞行过程中发动机推力无法直接精准的测量，因此采用发动机转速间接反映发动机加速能力。由于无人机用发动机控制特点，发动机油门指令需经过三个环节才能到达发动机燃调，与有人机发动机控制有显著的不同，因此，无人机发动机加速性试飞根据定义不同会有所差异，如考核发动机本体加速性，可通过发动机转速来判断。

1.4 无人机航路规划

无人机自主飞行需提前进行航路规划。航路规划设置航路点属性，飞控系统通过解读航路点属性对飞机进行控制，航路点属性主要包括经度、纬度、高度、速度和过点方式等等。

基于无人机爬升、巡航以及下滑等阶段不同的控制策略，通过对航路点的定义，可以控制飞机按照预期的轨迹飞行。

发动机自动加速试飞拟采取改变飞机高度达到控制发动机状态的目的。

 2 发动机自动加速试飞方法设计 

2.1 试飞需求分析

根据发动机加速性指标定义，发动机加速性试飞应满足以下几点要求：①发动机加速前油门处于慢车位置，发动机在慢车状态稳定；②加速时发动机处于大状态，转速满足相关要求；③飞行高度、飞行速度偏差在规定范围内；④飞机能自动进行加速性操作。

2.2 发动机典型加速性试飞过程分析

(1) 有人机发动机加速性试飞过程分析

有人机发动机加速性试飞中，主要以飞行员操作为主，飞行员根据对发动机状态的判断，进行相关油门的操作，完成发动机加速性试飞，典型过程见图1。