自动起飞

飞机可以自动发射多种类型的飞机。下面的说明将教您如何设置任务以支持自动起飞。自动起飞也可以通过 起飞模式 在 ArduPlane 4.0 及更高版本中受支持。

基本说明

自动起飞的基本原理是让(飞行)控制器将油门调到最大并爬升,直到达到指定高度。要让飞机执行起飞,可在任务中添加 NAV_TAKEOFF 命令,通常作为第一条命令。该命令有两个参数--最小螺距和起飞高度。最小俯仰角控制飞机在起飞时的爬升陡度。对大多数飞机来说,建议值在 10 到 15 度之间。起飞高度控制飞机起飞时被视为完成起飞的高度。确保该高度足以让飞机在起飞后安全转弯。40 米的高度适用于各种飞机。

在起飞过程中,机翼将保持水平,在 滚动限制 度,直到达到 5 米的高度,然后逐渐增加翻滚幅度,直到达到正常的 ROLL_LIMIT_DEG 一旦达到 15 米的高度,就可以进行限制。这可以防止在地面起飞时急剧翻滚导致机翼撞上跑道。

请注意,起飞方向是根据启动自动起飞命令时飞机指向的方向设置的。因此您需要将飞机指向正确的方向,然后切换到自动模式。在起飞的第一阶段,(飞行)控制器将使用陀螺仪作为保持飞机直线飞行的主要装置,或者使用指南针(如果配备)。在达到足够的速度以获得良好的 GPS 航向后,飞机将切换到使用 GPS 地面轨迹(如果配备指南针,则使用罗盘),这样就可以考虑到横风。

应尽可能迎风发射。

手动发射

手动发射是发射泡沫滑翔机等小型飞机的常用方法。Plane 有许多参数可以控制手动发射的方式。如果您打算在自动模式下手动发射飞机,请仔细查看这些选项。

做好手动发射的关键在于

  • 如果在发射过程中螺旋桨在您的手后,则应确保在螺旋桨越过您的手之前不启动发动机

  • 确保飞机不会爬升得太陡

  • 确保参数设置为在载具离开您的手后实际启动电机

备注

以下参数的默认值通常会在选择起飞(模式或任务项目)后立即启动发动机。这对于某些手动发射情况/飞行器可能没有问题,但在其他情况下,为了安全起见,可能需要将以下参数调整为非默认值。

控制手动启动电机启动的主要参数有

当自动起飞任务指令启动时(通常通过切换到自动模式)或上膛时切换到起飞模式时,(飞行)控制器将以 "油门抑制 "模式启动。油门不会启动,直到达到 "油门抑制 "模式设定的条件。 TKOFF_THR_x 参数。

"这款" tkoff_thr_minacc 参数控制飞机在油门啮合前的最小前向加速度。前向加速度来自您发射飞机时手臂的投掷动作。您需要将该值设置得足够高,以便在正常携带飞机时电机不会自动启动,但又要设置得足够低,以便可以通过正常的抛掷动作可靠地触发加速。对于大多数飞行器来说,15 米/秒/秒左右的数值比较合适。默认值为 0,表示该保护装置未激活。

有时,最好要求载具在 "刹停 "位置以上多次 "晃动"。 tkoff_thr_minacc 然后再允许电机启动。电机 tkoff_accel_cnt 参数可用于在电机启动前要求多个加速度超过该值的事件。

"这款" tkoff_thr_delay 参数是一个以 1/10 秒为单位的延迟,用于在达到最小加速度或加速度计数后延迟启动电机。这样做的目的是确保在电机启动之前螺旋桨已经越过您的手。建议手动启动时至少使用 2(即 0.2 秒,该参数的默认值)。可能需要更长的时间。

"这款" tkoff_thr_minspd 在完成上述操作后,发动机启动前的最低地面速度(由 GPS 测量)为参数。这是一项额外的安全措施,可确保飞机在马达启动前脱离您的控制。如果希望激活该安全功能,4 米/秒的值是一个很好的起点。默认值为 0,这将允许大多数 GPS 在上述延迟后立即启动电机,因为它们的速度估计值通常会有一些噪音。

请注意,如果您的飞机是 "牵引机 "类型,发动机位于前部,那么您可能需要使用以下默认值 tkoff_thr_delaytkoff_thr_minspd或使用低值。

您应该考虑的最后一个参数是 TECS_PITCH_MAX 参数。该参数控制(飞行)控制器在自动飞行时要求的最大俯仰角。当设置为非零值时,它将取代 ptch_lim_max_deg 参数用于所有自动油门飞行模式。将该参数设置为一个足够小的值,以确保飞机在全油门状态下可靠地爬升,这将使起飞更加可靠。对于大多数飞机来说,20 的值都不错。

备注

手动发射飞机通常要求飞行器在零度到 5 度俯仰角时离手。更高的俯仰角可能会导致失速。如果俯仰角大于 40 度或滚动角度大于 30 度,ArduPilot 将不会启动电机。在投掷飞机时绝对不能接近这些限制,但这些限制是作为安全门提供的。

弹射器发射

弹射器发射与徒手发射的主要区别在于,弹射器通常会给飞机带来更大的加速度,所涉及的风险主要是螺旋桨会击中弹射器框架,而不是击中你的手。

在大多数其他方面,弹射器发射与手动发射类似,同样适用于 4 个关键参数。如果您的弹射器设置为在飞机离开弹射器框架之前电机不能运行,那么您就需要选择参数以确保有足够的延迟。这通常意味着 tkoff_thr_minacc (例如 20 米/秒/秒),并且在测量 GPS 地面速度之前有较长的延迟。可能需要进行一些实验,但一个值为 tkoff_thr_delay 对许多弹射器来说,5 可能是不错的选择。

蹦极发射

蹦极发射是使用一段拉伸的长弹力绳来发射飞机。这可以作为弹射器的廉价替代品,对许多中小型模型来说效果都不错。

适用于手动发射和弹射发射的 4 个参数同样适用于蹦极发射,只是所需的数值不同。蹦极发射的主要风险(尤其是使用推进螺旋桨时)是螺旋桨会撞击蹦极绳,从而损坏螺旋桨或蹦极绳,或者两者都损坏。为了防止这种情况发生,您应该使用更高的 tkoff_thr_delay使其足够高,以便飞机在电机启动前松开蹦极。50 左右的数值(延迟 5 秒)可能是一个不错的起点。

跑道起飞(CTOL)

最后一类起飞是跑道起飞,也称为轮式起飞或 CTOL(常规起飞和着陆)。与其他类型的起飞相比,跑道自动起飞的设置更为复杂,需要设置更多参数和进行更多调整。由于初始航向至关重要,因此使用机载指南针对这种起飞方式大有裨益。

跑道起飞的一个关键考虑因素是您的飞机是拖尾飞机(尾轮转向)还是三轮起落架飞机(鼻轮转向)。三轮起落架飞机更容易自动起飞,而拖尾飞机则需要额外的参数。

跑道起飞的关键参数是

除了这些参数外,您还需要调整地面转向,以便地面转向控制器能够可靠地转向飞机。请参阅有关 设置地面转向.作为调整的一部分,您需要设置 地面转向高度 参数。

前两个参数主要用于拖尾飞机,但也可用于在起飞时压住三旋翼飞机的机头。

"这款" tkoff_tdrag_elev 该参数用于在起飞初始阶段将拖尾飞机的尾部紧贴跑道,使其在跑道上有足够的抓地力来转向。对于拖尾飞机,该参数通常设置为 100,这意味着在起飞的初始阶段会使用 100% 的上升降舵。对于需要在机头上增加一些重量以获得良好转向的三轮起落架飞机,您可能会发现-20(即下降 20% 升降舵)的值可能会有所帮助。

起飞开始时,(飞行)控制器将应用 tkoff_tdrag_elev 升降舵(百分比),直到飞机速度达到 tkoff_tdrag_spd1 米/秒。您需要设置 tkoff_tdrag_spd1 速度低于起飞速度,但高于飞机能够使用方向舵转向的速度。当飞机达到 tkoff_tdrag_spd1 它将释放升降舵,转而使用正常的飞行俯仰控制器来保持俯仰水平。这就会产生拖尾飞机尾部升高的效果。

"这款" tkoff_rotate_spd 该参数控制(飞行)控制器何时尝试抬起机头(向上俯仰)以离开地面。该速度必须是飞机可以持续爬升的速度,因此至少应比飞机失速速度高 2 米/秒,最好更高。数值越大,意味着起飞时间越长(因此需要更多跑道)。在运行过程中,使用 tkoff_gnd_pitch 使飞机在低于此空速时仍能保持在跑道上。

"这款" TKOFF_THR_SLEW 参数控制起飞时的油门回转率(每秒百分比)。该参数用于使油门以适合飞机的速度上升。油门回转率的高低取决于飞机的类型。在地面起飞时,限制油门上升的速度通常是个好主意,这样可以防止发动机产生的扭矩导致较大的转向变化。对于许多拖尾飞机来说,20(即每秒 20% 的油门变化)的值比较合适。三轮起落架飞机可能可以承受更大的油门回转率。

与其他类型的起飞一样 TECS_PITCH_MAX 参数控制起飞爬升时使用的最大螺距。确保该值限制在飞机全油门快速爬升时可以使用的范围内。20 度左右的值适合各种飞机。

测试 FBWA 模式下的地面起飞

使用 FBWA 飞行模式测试起飞代码有时非常有用。具体方法是将 fbwa_tdrag_chan 参数(4.1 之前的版本)或发射机上的 RC 输入通道的开关(通常是瞬时开关,如训练器开关),或通道的 RCx_OPTION 为 95,适用于 4.1 及更高版本。当您在跑道上以 FBWA 模式等待起飞时,该 RC 通道变高,(飞行)控制器将检查您是否配置了 tkoff_tdrag_elevtkoff_tdrag_spd1 参数。如果这些参数被设置为非零值,那么 FBWA 将以与自动起飞时相同的方式控制升降舵。升降舵将转到 tkoff_tdrag_elev 值(对于尾翼拖曳器来说通常为 100%),并一直保持到飞机的空速(如果使用了空速传感器)或地速(如果未使用空速传感器)为 tkoff_tdrag_spd1 米/秒。

这为测试 FBWA 模式下的自动起飞提供了方便,同时也是在 FBWA 模式下获得更好地面转向的好方法。

无空速传感器时的速度缩放问题

由于控制效果随空速变化,ArduPilot 会自动根据空速调整稳定模式下的控制增益,以保证低速时的稳定性,并避免高空速时的振荡。不过,在未使用空速传感器时,会使用基于 GPS 速度、加速度计输入和位置变化的估计空速。在迎着强风起飞时,这种估计可能会出错,增益也会被放大,从而导致在迎风爬升时出现振荡。设置 飞行选项 将第 7 位设为 1 时,将在自动起飞的起飞阶段限制速度缩放,以消除振荡,特别是在调校严格的载具上。

没有空速传感器的弹射器发射

使用弹射器在没有空速传感器的情况下起飞时,由于初始爬升率较高,可能会导致使用的油门小于最大油门。对于重型飞行器,这可能会导致失速,因为 TECS 在初始发射后用于调整油门的时间常数较长。参数 tkoff_thr_max_t 可以在一段时间内强制使用最大油门,而不考虑弹射器发射后的爬升率,以使飞行器获得足够的速度。