本发明涉及飞行器控制技术领域，特别是涉及一种复合翼无人机应急控制方法。
背景技术：
复合翼垂直起降无人机兼顾固定翼无人机的高速飞行能力及久航能力和多旋翼无人机的垂直起降能力，受起降场地和空域影响较小，拓宽了工业无人机的应用范围。
与现有固定翼或旋翼无人机相比，复合翼无人机覆盖从悬停至固定翼动力性能边界的飞行速度范围。整个飞行过程中动力与控制力矩来源并不唯一，低速状态的垂直多旋翼提供动力和控制力矩，高速状态下的水平发动机提供动力，气动舵面提供控制力矩。上述力学特征导致复合翼无人机应急操作更为复杂：多旋翼动力能源系统由电池驱动无刷电机组成，其MTPF可达500小时以上，但随着水平速度提高，多旋翼螺旋桨的稳定性降低，不适合高速状态应急操作。此外，目前常见锂聚合物电池的能量密度不超过250Wh/kg，限制了多旋翼的应急飞行时间。达到一定飞行速度之后，气动舵面稳定提供稳定控制力矩，有利于应急操作，但水平发动机在调试不当或环境改变时容易熄火，且熄火后很难快速重启，即使采用电打火技术也很难保证一次重启成功。因此，在应急操作人工接管的情况下，操纵人员目视复合翼无人机，难以量化飞行速度、高度和多旋翼电压等重要状态，更无法合理选择固定翼模式还是多旋翼模式进行应急遥控，导致复合翼无人机人工应急操作成功率低，迫降损失大。
技术实现要素：
针对上述现有技术中在应急操作人工接管的情况下，操纵人员目视复合翼无人机，难以量化飞行速度、高度和多旋翼电压等重要状态，更无法合理选择固定翼模式还是多旋翼模式进行应急遥控，导致复合翼无人机人工应急操作成功率低，迫降损失大问题，实现复合翼无人机的全状态全自主航线飞行。
为解决上述问题，本发明提供的一种复合翼无人机应急控制方法通过以下技术要点来解决问题：一种复合翼无人机应急控制方法，用于复合翼无人机的降落控制，所述应急操作方法为在复合翼无人机需要降落时，判定复合翼无人机与地面控制器的距离，在以上距离超过遥控距离时，复合翼无人机利用其上自动驾驶仪完成自动降落；
在以上距离在遥控距离之内时，由地面控制器向复合翼无人机发出控制方式指令，所述控制方式指令为自动应急控制和手动应急控制中的任意一种；
所述自动应急控制为：复合翼无人机利用其上自动驾驶仪完成自动降落；
所述手动应急控制为：复合翼无人机利用地面控制器发出的降落控制指令，完成手动降落。
所述手动应急控制包括两种方式：固定翼飞行方式及多旋翼飞行方式；
所述固定翼飞行方式及多旋翼飞行方式可通过地面控制器进行切换。
具体的，以上复合翼无人机与地面控制器之间距离的获得可通过无线电的手段等。这样，通过本案提供的应急操作方法，在不能通过地面控制器完成对复合翼无人机的降落控制时，由无人机上自动驾驶仪完成自动驾驶；当复合翼无人机处于地面控制器的遥控距离之内时，针对复合翼无人机状态参数多、操控复杂的问题，本应急操作方法为操纵人员提供了两种飞行方式选择，使操纵人员可根据具体需要，选择更为合理的应急飞行方式；采用本应急操作方法，还便于实现在整个应急过程中，操纵人员拥有复合翼无人机控制的全权限，这就强化了在应急情况下操纵者对复合翼无人机飞行方式的干涉能力，能够有效提高复合翼无人机应急迫降的成功率。
为便于实现在复合翼无人机紧急迫降时，自动驾驶仪和地面控制器可协同为复合翼无人机发出最佳的迫降方案，以进一步提高迫降成功率，设置为：在以上距离在遥控距离之内时，由地面控制器向复合翼无人机发出控制方式指令，且在复合翼无人机未降落之前，两种控制方式指令可任意切换。
更进一步的技术方案为：
在复合翼无人机收到为手动应急控制的控制方式指令时，进行以下操作：获取复合翼无人机的飞行速度、获取用于作为垂直螺旋桨动力的电池的电量；
在复合翼无人机的飞行速度大于多旋翼可控最大速度或电池的电量小于按照预设最大下沉速率降落地面所需功时，使用地面控制器将复合翼无人机切换为固定翼飞行方式；否则，使用地面控制器将复合翼无人机切换为多旋翼飞行方式。
所述多旋翼可控最大速度为固定翼失速速度与多旋翼螺旋桨失速速度两者中低值的0.85至0.95倍。
在复合翼无人机的飞行速度大于多旋翼可控最大速度或电池的电量小于按照预设最大下沉速率降落地面所需功的1.1至1.2倍时，复合翼无人机采用固定翼飞行方式；否则，复合翼无人机采用多旋翼飞行方式。
这样的手动应急控制方式主要目的是使用最少的额外信息就能够提供手动应急方式的选择建议，多旋翼超过多旋翼螺旋桨失速速度之后，有可能会由于螺旋桨深度失速导致气流不稳定，无人机姿态振荡直至振荡发散坠毁，相似，当固定翼低于失速速度时也无法稳定飞行，上述0.85至0.95为安全系数。
所述地面控制器至少有五个通道，其中的一个通道为开关，用于选择自动应急控制或手动应急控制；其余的通道在手动应急控制下的固定翼飞行方式控制中，发送气动舵面和水平发动机控制指令，在手动应急控制下的多旋翼飞行方式控制中，其余的通道发送垂直螺旋桨控制指令。
在复合翼无人机需要降落时，复合翼无人机向地面控制器发送以下信息中的一种或几种：飞行速度、所在高度、电池电压、平飞螺旋桨转速、垂直螺旋桨转速；
且地面控制器接收到信息后，通过图像和/或语音的方式向操作者输出。
本发明所具有的有益效果：
通过本案提供的应急操作方法，在不能通过地面控制器完成对复合翼无人机的降落控制时，由无人机上自动驾驶仪完成自动驾驶；当复合翼无人机处于地面控制器的遥控距离之内时，针对复合翼无人机状态参数多、操控复杂的问题，本应急操作方法为操纵人员提供了两种飞行方式选择，使操纵人员可根据具体需要，选择更为合理的应急飞行方式；采用本应急操作方法，还便于实现在整个应急过程中，操纵人员拥有复合翼无人机控制的全权限，这就强化了在应急情况下操纵者对复合翼无人机飞行方式的干涉能力，能够有效提高复合翼无人机应急迫降的成功率。
附图说明
图1为本发明所述的一种复合翼无人机应急控制方法一个具体实施例的流程图。
图中标记分别为：1、应急状态，10、判断遥控距离，11、遥控距离超限，12、遥控距离正常，13、自动应急控制，14、手动应急控制，15、固定翼飞行方式，16、多旋翼飞行方式，100、手动切换控制方式，101、自动应急控制，102、判断可用飞行状态，103、手动切换飞行方式，104、手动固定翼方式，105、手动多旋翼方式，106、自动方式201、遥控距离超限消息，202、遥控距离正常消息，203、自动应急消息，204、人工应急消息，205/206、手动方式判断消息。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但是本发明不仅限于以下实施例：
实施例1：
用于复合翼无人机的降落控制，用于复合翼无人机的降落控制，所述应急操作方法为在复合翼无人机需要降落时，判定复合翼无人机与地面控制器的距离，在以上距离超过遥控距离时，复合翼无人机利用其上自动驾驶仪完成自动降落；
在以上距离在遥控距离之内时，由地面控制器向复合翼无人机发出控制方式指令，所述控制方式指令为自动应急控制和手动应急控制中的任意一种；
所述自动应急控制为：复合翼无人机利用其上自动驾驶仪完成自动降落；
所述手动应急控制为：复合翼无人机利用地面控制器发出的降落控制指令，完成手动降落。
具体的，以上复合翼无人机与地面控制器之间距离的获得可通过无线电的手段等。这样，通过本案提供的应急操作方法，在不能通过地面控制器完成对复合翼无人机的降落控制时，由无人机上自动驾驶仪完成自动驾驶；当复合翼无人机处于地面控制器的遥控距离之内时，针对复合翼无人机状态参数多、操控复杂的问题，本应急操作方法为操纵人员提供了两种飞行方式选择，使操纵人员可根据具体需要，选择更为合理的应急飞行方式；采用本应急操作方法，还便于实现在整个应急过程中，操纵人员拥有复合翼无人机控制的全权限，这就强化了在应急情况下操纵者对复合翼无人机飞行方式的干涉能力，能够有效提高复合翼无人机应急迫降的成功率。
为便于实现在复合翼无人机紧急迫降时，自动驾驶仪和地面控制器可协同为复合翼无人机发出最佳的迫降方案，以进一步提高迫降成功率，设置为：在以上距离在遥控距离之内时，由地面控制器向复合翼无人机发出控制方式指令，且在复合翼无人机未降落之前，两种控制方式指令可任意切换。
实施例2：
本实施例在实施例1的基础上作进一步限定，在复合翼无人机收到为手动应急控制的控制方式指令时，进行以下操作：获取复合翼无人机的飞行速度、获取用于作为垂直螺旋桨动力的电池的电量；
在复合翼无人机的飞行速度大于多旋翼可控最大速度或电池的电量小于按照预设最大下沉速率降落地面所需功时，使用地面控制器将复合翼无人机切换为固定翼飞行方式；否则，使用地面控制器将复合翼无人机切换为多旋翼飞行方式。
所述多旋翼可控最大速度为固定翼失速速度与多旋翼螺旋桨失速速度两者中低值的0.85至0.95倍。
在复合翼无人机的飞行速度大于多旋翼可控最大速度或电池的电量小于按照预设最大下沉速率降落地面所需功的1.1至1.2倍时，复合翼无人机采用固定翼飞行方式；否则，复合翼无人机采用多旋翼飞行方式。
所述地面控制器至少有五个通道，其中的一个通道为开关，用于选择自动应急控制或手动应急控制；其余的通道在手动应急控制下的固定翼飞行方式控制中，发送气动舵面和水平发动机控制指令，在手动应急控制下的多旋翼飞行方式控制中，其余的通道发送垂直螺旋桨控制指令。
实施例3：
本实施例在以上任意一个实施例提供的任意一个技术方案的基础上对本案作进一步的限定：为便于为手动应急控制提供依据，同时通过视觉和/或听觉进行人机交互，避免单一视觉交互导致的操作人员精力分散，在复合翼无人机需要降落时，复合翼无人机向地面控制器发送以下信息中的一种或几种：飞行速度、所在高度、电池电压、平飞螺旋桨转速、垂直螺旋桨转速；且地面控制器接收到信息后，通过图像和/或语音的方式向操作者输出。
实施例4：
如图1，本实施提供了一种具体的实现方式：本实现方式适用于一种设置有发动机、水平螺旋桨、三组气动舵面及多组垂直螺旋桨的复合翼无人机，其中发动机驱动水平螺旋桨产生可控的前向拉力，三组气动舵面分别改变复合翼无人机滚转、俯仰和偏航力矩，垂直螺旋桨由电机驱动，电机由电池供能，多组垂直螺旋桨产生向上拉力和三方向控制力矩，复合翼无人机测量以下数据：速度、高度、电池电压和发动机转速，还需要一台5通道的地面控制器，以上数据通过数据链路发送至地面控制器。
在复合翼无人机进入应急状态1之后使用所述复合翼无人机应急操作方法进行应急迫降，包括以下状态和操作：
状态：L，M，N为三组状态：
L：遥控距离；
L1：遥控距离超限11；
L2：遥控距离正常12。
M：控制方式；
M1：自动应急控制13；
M2：手动应急控制14；
N：飞行方式：
N1：自动方式106；
N2：手动固定翼方式104；
N3：手动多旋翼方式105；
操作：
S1：判断遥测距离10；
S2：若L1则自动切换到M1，同时发送遥控距离超限消息201；
S3：若L2则自动切换到手动切换控制方式100，同时发送遥控距离正常消息202，之后通过遥控器第五通道人工选择切换至M1或M2，选择M1则发送自动应急消息203，选择M2则发送手动应急消息204；
S4：若S3人工选择M1，则执行N1；
S5：若S3人工选择M2，则判断可用飞行状态102，若飞行速度高于多旋翼可控最大速度或电池电压不足，则发送手动方式判断消息205，同时选择手动固定翼方式104，否则，手动方式判断消息206的内容为手动多旋翼方式105；
S6：若选择固定翼飞行方式15，则执行N2，遥控器前四个通道控制气动舵面和发动机，若选择多旋翼飞行方式16，则执行N3，遥控器前四个通道同时控制垂直螺旋桨与气动舵面。
以上201至206指代的消息均通过扬声器输出和图标输出，输出的媒介可通过地面控制器或与复合翼无人机建立无线数据链接的电脑进行。
所述手动切换飞行方式103操作通过地面控制器前四通道进行：内“八”字为固定翼飞行方式，外“八”字为多旋翼飞行方式。
在S5中，所述多旋翼可控最大速度为固定翼失速速度与多旋翼螺旋桨失速速度两者中数值较低者乘以安全系数后得到的值，所述安全系数介于0.85至0.95之间。
在S5中，所述电池电压不足的判断标准为电池电量小于按照预设最大下沉速率降落地面所需功与裕量系数的乘积，所述裕量系数介于1.1至1.2之间。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本发明的保护范围内。