Study of helicopter autorotation landing following engine failure based on a six-degree-of-freedom rigid-body dynamic model

This paper focuses on the prediction of the safe autorotation landing operations of a helicopter following engine failure. Procedura lądowania autorotacyjnego jest sformułowana jako nieliniowy problem sterowania optymalnego w oparciu o rozszerzony model dynamiki lotu sztywnego ciała o sześciu stopniach swobody. W pierwszej kolejności odpowiednio dobierane są funkcja kosztu i ograniczenia. Następnie do rozwiązania problemu sterowania optymalnego stosuje się metodę bezpośredniej transkrypcji. Dla śmigłowca UH-60 porównano rozwiązania optymalne uzyskane za pomocą modelu sztywnego ciała z rozwiązaniami uzyskanymi za pomocą dwuwymiarowego modelu punktowo-masowego. Stwierdzono, że rozwiązania optymalne z wykorzystaniem dwóch różnych modeli wykazują dość dobrą zgodność, a ponadto rozwiązania optymalne z wykorzystaniem modelu sztywnego ciała obejmują historie czasowe prędkości kątowych i nastaw, prędkości i pozycji bocznej, a także sterowania nachyleniem. Na koniec zaproponowano optymalne formuły sterowania z różnymi funkcjami kosztu dla uwzględnienia 1-s opóźnienia czasowego i minimalnej prędkości przyziemienia. Obliczone strategie sterowania i trajektorie są realistyczne.