无人直升机改装评价方案

评价方案直升机参数表1名称A/W95

XH-1HobbyCopter"Safari"/"BabyBelle"Eagle"Helicycle"Eagle'sPerchNolan51-HJUltrasport254长、高（m）4.57x1.964.27x1.839.04x2.676.05x2.184.55x2.445.84x2.38旋翼直径（m）5.946.557.626.354.426.4尾桨直径（m）1.020.941.12无0.584桨盘面积（m2）27.733.745.628.630.732.1空重（kg）123161372227237115有效载荷（kg）9991272100146124最大起飞重量（kg）222252644386383239发动机功率（kW）

37120.511947.8X240.5最大速度（km/h）13696166177129167最大巡航速度（km/h）977213715397101实用升限（m）3200.424402100289530483290爬升率（m/min）276306航程（km）97193322259121航时（h）12.72.41.71.25乘员（人）112111价格（万）5.842.923.311.0321.5名称

CH-7"Angel"

CH-7"Kompress"

Mini-500Voyager-500

"Zeus""Skylark"长、高（m）7.01x2.07.41x2.316.85x2.517.79x2.546.48x2.545.33旋翼直径（m）5.796.275.846.755.79尾桨直径（m）1.031.161.07桨盘面积（m2）26.330.926.835.826.3空重（kg203245219275487158有效载荷（kg）154205178253271170最大起飞重量（kg）357450397528758327发动机功率（kW）

47.884.549.3121.412765最大速度（km/h）139209185193170153最大巡航速度（km/h）109160120153145113实用升限（m）25005000305042673750爬升率（m/min）450450336365.8300航程（km）327320361380航时（h）33.732.5乘员（人）221121价格（万）35.964.71529.8名称DFHDragonfly333/334

EH1-01MasquitoM80GENH-4AirScooterII"Skytwister"长、高（m）7.86x2.367.32x2.266.22x2.25—3.81x3.354.8x2.03旋翼直径（m）6.66.15.5244.276.55尾桨直径（m）1.120.911无桨盘面积（m2）34.229.223.912.614.333.7空重（kg28234022070144有效载荷（kg）218281230150150158最大起飞重量（kg450-500621450220302发动机功率（kW）70.811289.57.5x448.6最大速度（km/h）148257180200100137最大巡航速度（km/h）120209148100105实用升限（m）30504495大于20233000爬升率（m/min）390335240航程（km）300555600100航时（h）241乘员（人）212111价格（万）4639.930.7二、直升机图片A-BHelicoptersA/W95XH-1HobbyCopter"Safari"/"BabyBelle"Eagle"Helicycle"Eagle'sPerchNolan51-HJUltrasport254CH-7"Angel"CH-7"Kompress"Mini-500Voyager-500"Skylark"DFHDragonfly333/334EH1-01MasquitoM80JagJAGAirScooterIIGENH-4"Skytwister"三、评价方法通过现有有人直升机改装成无人直升机是获取无人直升机的一种常见的方式，这能很大限度的减小研制的风险，缩短研发周期，提高研制成功的概率。现有的很多无人直升机就是由有人直升机改装而成的，比如美国诺思罗普·格鲁门公司研制的RQ-8A“火力侦察兵”无人机，采用施韦策公司的330SP型有人直升机的机体改装而成，保存了该机本来的主体结构、发动机、旋翼和传动系统，改善了外形以提高速度、增大了油箱以增长续航时间，用余度飞行控制系统以及实现无人飞机任务所需的机载设备、软件和任务载荷取代了飞机座舱，通信系统、机载设备和软件大部分由NG-RAC的“全球鹰”的系统发展而来。要改装一架性能优越的无人直升机，一方面就要选择一架合适的有人直升机作为原型机，在此基础上进行改装，而大体满足条件的直升机也许不止一架，这就需要我们提出一种选择方法，运用这种方法选择出最佳的改装原型直升机。评价一架有人直升机的是否适合改装，可以从技术规定、重量效率、经济性、改装特点等方面综合考虑。在这里，我们假设技术规定、重量效率、经济性、改装特点，在原型机的选择过程中，所占比重为100:100:100:100，即每项满分100分，综合考虑四方面的因素，评分最高的直升机将被选为原型机。技术规定我们重要考虑总重、有效载荷、实用升限、续航时间、巡航速度几方面，结合对所需无人直升机的性能规定，评价现有直升机的技术规定匹配情况，总重、有效载荷、使用升限、续航时间、巡航速度所占比例相同，即每一方面最高均为20分，最后把各项分数值相加，获取一个技术规定的评估分数。总重：总重的规定是200kg-500kg，从抗风能力和改装后潜在的载重能力方面考虑，当重量在规定范围内，则越重越好。但是不在范围内，说明偏离规定，则认为不好，规定200kg和500kg为12分，400kg为20分。所以对总重评分我们使用如下公式:Score1是分数，为质量。公式可以进一步简化为：（1）有效载荷：候选直升机对有效载荷的规定是大于50kg，所以有效载荷越大越好。鉴于所列直升机最大有效载荷不超过300kg，最小载荷不小于50，所以规定有效载荷50kg得12分，300kg得20分。所以得分计算公式为：即其中为有效载荷。（2）实用升限：直升机实用升限的规定是3000m，鉴于最大实用升限为5000m，所以实用升限的评分公式为：即（3）其中H是实用升限。续航时间：直升机对于续航时间的规定是4小时，考虑到所选直升机续航时间大多小于4小时，所以规定续航时间为0小时的为0分，5小时为20分。得分计算公式为：（4）其中h为续航时间。巡航速度：直升机巡航速度的规定是大于100km/h，巡航速度越大越好在此规定巡航速度小于50km/h为0分，达成300km/h为100分。所以得分计算公式为：即（5）其中v为巡航速度。综合上述技术规定根据公式（1）～（5）计算得分，即（6）技术只规定评分（表2）编号名称总重（kg）有效载荷（kg）实用升限（m）续航时间（h）巡航速度（km/h）得分1A/W95222993200.419754.892XH-1HobbyCopter2529124402.77255.473"Safari"/"BabyBelle"37027221002.413767.584Eagle"Helicycle"38610028951.715365.335Eagle'sPerchNolan51-HJ3831463048976Ultrasport25423912432901.2510158.137CH-7"Angel"3571542500310966.978

CH-7"Kompress"45020550003.716082.169Mini-5003971783050312072.9710Voyager-50052825342672.515370.0811"Zeus"75827114512"Skylark"327170375011313DFHDragonfly333/3345002183050212062.3814EH1-01621281449520915MasquitoM80450230>2023414872.6816GENH-4220150300011005617AirScooterII15018"Skytwister"3021581052.重量效率：对有人直升机的改装特性进行评估，重量效率是一个很重要的因素，重量效率越大，说明相同总重的直升机可以载重更多。规定重量效率得分计算公式为：（7）重量效率评分（表3）编号名称重量效率得分编号名称重量效率得分1A/W9544.59%44.5910Voyager-50047.92%47.922XH-1HobbyCopter36.11%36.1111"Zeus"35.75%35.753"Safari"/"BabyBelle"42.24%42.2412"Skylark"51.99%51.994Eagle"Helicycle"25.91%25.9113DFHDragonfly333/33435.10%35.105Eagle'sPerchNolan51-HJ40.73%40.7314EH1-0145.25%45.256Ultrasport25451.88%51.8815MasquitoM8051.11%51.117CH-7"Angel"43.14%43.1416GENH-468.18%68.188

CH-7"Kompress"45.56%45.5617AirScooterII9Mini-50044.84%44.8418"Skytwister"52.32%52.323.经济性：将有人直升机改装成无人直升机，需要考虑其经济性。经济性涉及改装经济性和使用经济性。改装经济性重要体现在有人直升机的价格，而使用经济性体现在空重、重量效率和旋翼尺寸。直升机价格直接影响改装成本，重量大的直升机耗油大，重量效率也影响耗油率，而引入旋翼尺寸重要是由于旋翼尺寸体现直升机的尺寸，进而增长使用时的维护成本。经济性得分计算使用下面公式：即（8）其中，为直升机价格，为所列直升机价格最高的直升机的价格，旋翼直径，最大旋翼直径。为直升机空重,为最大空重。经济性评分（表4）编号名称价格(万元)空重（kg）有效载荷（kg）旋翼直径（m）得分1A/W955.8123995.9455.762XH-1HobbyCopter161916.553"Safari"/"BabyBelle"42.93722727.6238.534Eagle"Helicycle"23.32271006.3542.415Eagle'sPerchNolan51-HJ11.032371464.4257.066Ultrasport25421.51151246.450.827CH-7"Angel"35.92031545.7945.418

CH-7"Kompress"64.72452056.2735.099Mini-500152191785.8454.6410Voyager-50029.82752536.7549.7311"Zeus"48727112"Skylark"1581705.7913DFHDragonfly333/3342822186.614EH1-01463402816.144.7615MasquitoM8039.92202305.5250.6416GENH-430.770150459.7717AirScooterII1504.2718"Skytwister"1441586.554.改装特点：改装特点重要考虑乘员数量、机舱形式、旋翼构型、有效载荷。由于改装时最重要的该工作是在直升机上安装各种设备，已实现无人驾驶。乘员数量、机舱形式和有效载荷影响设备安装的难易限度，双旋翼直升机改装比单旋翼容易。乘员数量、机舱形式、旋翼构型、有效载荷各占相同比重，即各占25分。计算公式如下：（9）其中，表达乘员，乘员为1时取0.5，乘员为2时取1；为机舱，机舱不封闭取0.5，机舱封闭取1；为旋翼构型，单旋翼取0.5，双旋翼取1；有效载荷，最大有效载荷，最小有效载荷。改装特点评分（表5）序号名称乘员机舱旋翼构型有效载荷（kg）得分1A/W951不封闭单旋翼9946.312XH-1HobbyCopter1不封闭单旋翼9145.63"Safari"/"BabyBelle"2封闭单旋翼27286.74Eagle"Helicycle"1封闭单旋翼10058.95Eagle'sPerchNolan51-HJ1封闭双旋翼14675.496Ultrasport2541封闭单旋翼12461.037CH-7"Angel"2封闭单旋翼15476.208

CH-7"Kompress"2封闭单旋翼20580.749Mini-5001封闭单旋翼17865.8410Voyager-5001封闭单旋翼25372.5111"Zeus"2封闭单旋翼27186.6112"Skylark"1不封闭单旋翼17052.6213DFHDragonfly333/3342封闭单旋翼21881.914EH1-011封闭单旋翼2817515MasquitoM802封闭单旋翼23082.9616GENH-41封闭双旋翼15075.8517AirScooterII1不封闭双旋翼15063.3518"Skytwister"1封闭单旋翼15864.06四、总结总评分（表6）序号名称技术规定重量效率经济性改装特点总分百分制1A/W9554.8944.5955.7646.31201.5550.392XH-1HobbyCopter55.4736.1145.63"Safari"/"BabyBelle"67.5842.2438.5386.7235.0558.764Eagle"Helicycle"65.3325.9142.4158.9192.5548.145Eagle'sPerchNolan51-HJ40.7357.0675.496Ultrasport25458.1351.8850.8261.03221.8655.477CH-7"Angel"66.9743.1445.4176.20231.7257.938

CH-7"Kompress"82.1645.5635.0980.74243.5560.899Mini-50072.9744.8454.6465.84238.2459.5610Voyager-50070.0847.9249.7372.51240.2460.0611"Zeus"35.7586.6112"Skylark"51.9952.6213DFHDragonfly333/33462.3835.1081.914EH1-0145.2544.767515MasquitoM8072.6851.1150.6482.96257.3964.3516GENH-45668.1859.7775.85259.864.9517AirScooterII63.3518"Skytwister"52.3264.06（1）四个方面的评价涵盖直升机的大部分技术指标和性能指标，具有参考价值。技术规定评分中，CH-7"Kompress"分数最高82.16分，这重要是由于CH-7"Kompress"的实用升限和航时比较高。而Mini-500、Voyager-500和MasquitoM80分数也较高，由表（2）可以看出这是由于这三款直升机总体参数都比较接近规定。这说明技术评分规定可以体现相应的直升机是否满足技术改装指标。（2）重量效率也可以直观地体现直升机的性能，从表（3）中可以看出这些直升机的重量效率大多在40%～50%这个范围，最大不超过53%。经济性和改装特点是所列直升机之间的比较，并不直接反映规定的指标。因此选用的计算公式比较简朴，重要是为了区分它们之间的好坏，分数大小没有太大的直接意义，只有互相比较才干知道优劣。（3）四方面的评分都是概括性的，比较笼统，除了重量效率，其它的都不能反映单一指标的好坏。而在真正选取时，经常会考虑其中的几方面，这时，就要对这几方面做具体的比较，它们的权值也会加大，而不是现在的平均。（4）由于一些参数没有获取，没法完全比较所有直升机。从现在已经打分的直升机中，可以看出MasquitoM80和GENH-4是最适合的，其中MasquitoM80各项指标都很接近规定指标，而GENH-4是共轴双旋翼。从表（1）中可以看出MasquitoM80和GENH-4的确比较符合，所以总评分可以反映直升机特点，具有一定参考价值。这也说明从技术规定、重量效率、经济性、改装特点四方面去评判直升机的好坏比较全面。五、附录Matlab计算程序clearallw0=[222252644386383239357450397528758327450621450220x1302];%总重w_yx=[9991272 100146 124154 205178 253271 170218 281230 150150 158];%有效载荷H_lim=[3200.424402100 2895304832902500500030504267y137503050 449520233000y2y3];%实用升限t=[12.72.41.7z11.2533.732.5z2z32z4 41z5z6];%续航时间v_xh=[9772137160120 153145 113120 209148 100a1105];%巡航速度D=[5.94 6.557.626.354.426.45.796.275.846.75b15.796.6 6.15.5244.27 6.55];%旋翼直径w_e=[12316137222723711520324521927548715828234022070c1 144];%空重n_cy=[112111221121212111];%人员数n_gx=[111121111111111221];%构型n_jc=[0.50.51111111110.511110.51];%机舱封闭与否jg=[5.8 d142.9 23.311.0321.5