一种无人直升机应急熄火控制系统

技术领域

本发明属于无人直升机控制技术领域，特别是一种无人直升机应急熄火控制系统。

背景技术

无人直升机使用时不需要发射系统，能够垂直起降、定点悬停、低空飞行，具有场地要求低、通用性强、飞行灵活、成本低等特点，可广泛应用与农林植保、通信中继、防空预警、运输投放、森林防火、高海拔侦测、国土测绘、气象水文探测等众多领域。

无人直升机首飞前需要进行地面磨车、系留等一系列地面开车试验，对飞控系统、航电系统、旋翼系统、发动机系统、散热系统等各系统工作协调性进行测试，发现并解决存在的问题。地面开车试验过程中发动机、主尾旋翼、传动装置等运动部件高速旋转并产生高温气体，因此具有一定的风险，为确保试验安全，紧急情况下无人直升机能够可靠的熄火至关重要。

无人直升机地面开车试验，正常熄火通过地面测控系统无线发送熄火指令，经飞行控制系统判断有效发送给综合处理系统，控制电源控制系统断开发动机控制系统电源，停止给发动机喷油和点火，控制无人直升机熄火，但此方式不能保证可靠的对发动机熄火。现有的应急熄火方法在燃油管路中串联电磁阀，通过控制电磁阀切断燃油供给达到紧急熄火目的，此方法存在电磁阀误动作、密封性不好导致燃油泄漏，增加了无人直升机飞行过程中发动机异常熄火的风险。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无人直升机应急熄火控制系统，以实现无人直升机在地面开车试验中可靠的紧急熄火停车，避免因测控系统失效、控制系统失效及其它故障导致无法正常熄火或危险情况发生，保障飞机和试验人员安全。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种无人直升机应急熄火控制系统，包括地面测控系统、飞行控制系统、综合处理系统、电源控制系统、电源系统、发动机控制系统、发动机喷油系统、发动机点火系统和发动机，还包括应急熄火系统；

所述的发动机喷油系统采用双路喷油嘴，喷射燃油至发动机缸内；所述的发动机点火系统采用双路点火器，用于点燃发动机缸内燃油；所述发动机为无人直升机提供动力；所述电源用于给发动机控制系统、发动机点火系统和发动机喷油系统供电；

正常熄火通过地面测控系统无线发送熄火指令，所述的地面测控系统与无人直升机进行数据交互，用于向飞行控制系统发送熄火指令；经飞行控制系统对指令校验通过后发送给综合处理系统，控制电源控制系统中的继电器线圈得电；所述控制电源控制系统设有两路继电器，所述发动机控制系统采用双余度电子控制器，两路继电器分别控制发动机控制系统的两个控制器；继电器得电触点断开，从而断开发动机控制系统、发动机点火系统和发动机喷油系统电源，停止给发动机喷油和点火，实现无人直升机正常熄火；

所述应急熄火系统包括熄火电池、应急熄火开关、控制导线和二极管；所述熄火电池正极通过双控应急熄火开关分别与两个二极管相连，两个二极管通过控制导线与电源控制系统相连，电源控制系统接熄火电池负极构成回路；所述电源控制系统用于控制发动机控制系统的上下电、油泵和起动电机供电；所述电源控制系统控制双余度电子控制器的上下电，双余度电子控制器分别控制发动机喷油系统中的两路喷油嘴，同时分别控制发动机点火系统的两个点火器；开车试验过程中发生紧急情况时，按下应急熄火开关，熄火电池给电源控制系统中的继电器线圈供电，继电器触点断开，从而断开发动机控制系统、发动机点火系统和发动机喷油系统电源，停止给发动机喷油和点火，实现无人直升机紧急熄火。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：

(1)本发明利用应急熄火系统过并联应急熄火系统至电源控制系统，控制发动机电子控制器电源进行紧急熄火，实现了无人直升机在地面开车试验中可靠的紧急熄火停车，避免因测控系统失效、控制系统失效及其它故障导致无法正常熄火或危险情况发生，并且应急熄火系统只在地面试验中使用，不跟随无人直升机飞行，保障飞机和试验人员安全。

(2)本发明采用常闭继电器控制发动机电子控制器上下电，相比于常开继电器降低了线圈失电而导致发动机电子控制器下电，从而导致发动机熄火的风险，提高了系统可靠性。

(3)本发明应急熄火开关采用双路翘板开关，可同时控制双余度发动机电子控制器断电，使无人直升机在紧急情况下快速熄火。

(4)本发明通过应急熄火延长导线将应急熄火开关放置在安全区域内，保障了操作人员的安全，同时应急熄火电池重量轻、体积小并采用快拆卸连接器与导线连接，方便插拔和搬运。

附图说明

图1为本发明所述无人直升机应急熄火控制系统组成示意图。

图2为本发明控制电路原理图。

图中标号：1-地面测控系统，2-飞行控制系统，3-综合处理系统，4-应急熄火系统，5-电源控制系统，6-电源系统，7-发动机控制系统，8-发动机喷油系统，9-发动机点火系统，10-发动机。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。

如图1、图2所示，本发明提供的一种无人直升机应急熄火控制方法，包括地面测控系统、飞行控制系统、综合处理系统、应急熄火系统、电源控制系统、电源系统、发动机控制系统、发动机喷油系统、发动机点火系统和发动机。无人直升机地面开车试验，正常熄火通过地面测控系统无线发送熄火指令，经飞行控制系统对指令的帧头、帧尾、和校验、异或校验通过后发送给综合处理系统，控制电源控制系统中的继电器A和继电器B线圈得电，继电器A和继电器B触点断开，断开发动机控制系统、发动机点火系统和发动机喷油系统电源，停止给发动机喷油和点火，实现无人直升机正常熄火。地面测控站通过无线通讯发送熄火指令至无人直升机，控制无人直升机地面开车正常熄火。

地面测控系统包括测控站、无线收发设备和天线，采用无线通讯方式与无人直升机进行数据交互，对飞机状态进行实时监控与控制；飞行控制系统由双余度飞控计算机组成，采用RS422总线与无人直升机航电设备通信，采用CAN总线与发动机控制系统通信；综合处理系统由综合处理计算机和传感器组成，采集处理频率量、离散量、模拟量，控制环境温度、旋翼刹车，给出发动机控制系统、发动机起动电机和油泵上下电信号；应急熄火系统包括熄火电池、应急熄火开关、控制导线和二极管，紧急情况下控制发动机控制系统断电，熄火电池正极通过双控应急熄火开关分别与两个二极管相连，两个二极管通过控制导线与电源控制系统相连，电源控制系统接熄火电池负极构成回路；电源控制系统采用2路继电器控制发动机电子控制器供电、油泵和起动电机供电；发动机控制系统采用双余度电子控制器(ECU)，采集发动机各传感器数据、警报、控制发动机燃油喷嘴、点火器、涡轮增压器工作等；发动机喷油系统采用双路喷油嘴，喷射燃油至缸内；所述的发动机点火系统采用双路点火器，点燃缸内燃油；发动机为无人直升机提供动力。电源控制系统中的继电器A控制所述的发动机控制系统中的ECU(A)上下电，电源控制系统中的继电器B控制所述的发动机控制系统中的ECU(B)上下电；发动机控制系统中的ECU(A)控制发动机喷油系统中的燃油喷油嘴A，发动机控制系统中的ECU(B)控制发动机喷油系统中的燃油喷油嘴B；发动机控制系统中的ECU(A)控制发动机点火系统中的点火器A，发动机控制系统中的ECU(B)控制发动机点火系统中的点火器B；发动机控制系统中的ECU(A)通讯接口为CAN(A)，发动机控制系统中的ECU(B)通讯接口为CAN(B)。

无人直升机地面开车试验过程中发生紧急情况时，采用应急熄火系统进行熄火，按下应急熄火开关，熄火电池给电源控制系统中的继电器A和继电器B线圈供电，继电器A和继电器B触点断开，从而断开发动机控制系统、发动机点火系统和发动机喷油系统电源，停止给发动机喷油和点火，实现无人直升机紧急熄火。

双余度飞控计算机采用相同构造进行热备份，双机同步和CCDL数据交互。双余度飞控计算机与综合处理计算机通过导线连接，通过RS422发送指令给综合处理计算机和接收综合处理计算机数据。双余度飞机计算机与ECU(A)通过导线连接，通过CAN(A)接收ECU(A)数据。双余度飞机计算机与ECU(B)通过导线连接，通过CAN(B)接收ECU(B)数据。

综合处理计算机输出控制继电器A的信号正极连接二极管1的阳极，二极管1的阴极连接继电器A线圈正极，继电器A线圈负极连接综合处理计算机地线，构成回路。综合处理计算机输出控制继电器B的信号正极连接二极管2的阳极，二极管2的阴极连接继电器B线圈正极，继电器B线圈负极连接综合处理计算机地线，构成回路。继电器A和继电器B的线圈共地线。继电器A和继电器B选用触点负载能力20A的常闭电磁继电器，二极管1和二极管2选用负载能力3A的整流二极管。

熄火电池采用24V、3Ah锂电池、应急熄火开关采用额定电流3A的双路翘板开关、控制导线选用具有阻燃防护能力、额定电流3A的3芯电缆、二极管3和二极管4选用负载能力3A的整流二极管。24V锂电池正极输出连接双路翘板开关的端子a，双路翘板开关的端子c连接二极管3的阳极，二极管3的阴极连接继电器A线圈正极，继电器A线圈负极连接24V锂电池负极，构成回路；24V锂电池正极输出连接双路翘板开关的端子b，双路翘板开关的端子d连接二极管4的阳极，二极管4的阴极连接继电器B线圈正极，继电器B线圈负极连接24V锂电池负极，构成回路。综合处理计算机控制信号与应急熄火系统控制信号并联连接。双路翘板开关能同时控制继电器A线圈通电和继电器B线圈通电。控制导线根数≮3根、二极管采用两个独立二极管、应急熄火控制回路负载能力≮3A。

电源系统采用无人直升机14V电源，继电器A触点一端连接14V电源正极，另一端连接ECU(A)供电正极，ECU(A)供电负极连接14V电源负极，构成回路。继电器B触点一端连接14电源正极，另一端连接ECU(B)供电正极，ECU(B)供电负极连接14V电源负极，构成回路。

继电器A和继电器B均采用常闭继电器，继电器A线圈不通电时ECU(A)上电工作，继电器A线圈通电时ECU(A)下电不工作；继电器B线圈不通电时ECU(B)上电工作，继电器B线圈通电时ECU(B)下电不工作。

ECU(A)控制点火器A和燃油喷嘴A工作，点火器A和燃油喷嘴A控制发动机工作。ECU(B)控制点火器B和燃油喷嘴B工作，点火器B和燃油喷嘴B控制发动机工作。ECU(A)和ECU(B)均断电时无人直升机才能熄火。

地面开车试验前将应急熄火系统接入无人直升机，正常情况时双路翘板开关处于断开状态，通过地面测控站进行熄火停车，紧急情况时接通双路翘板开关，同时给继电器A线圈通电和继电器B线圈通电，继电器触点断开，ECU(A)和ECU(B)同时断电，停止给发动机喷油和点火，最终停止发动机，达到无人直升机应急熄火的目的，保障设备和人员安全。