加载小型发动机作为动力来源的无人直升机,因动力稳定、续航时间长等优点,一直在军事和民用领域有广泛的应用。传统自主飞行控制设计思想一般在整个飞行过程中保持发动机转速为某一恒定值,从而设计直升机的飞行控制器。这种设计存在明显的缺点,因为这个转速恒定值是以直升机在各种情况下都能保证安全工作为前提而设定的,而在直升机一般飞行过程中,发动机的安全裕度则过多,没有充分利用发动机的工作性能,造成了功率的浪费。本文的重点即是通过对无人直升机稳定飞行状态下的总需求功率进行分析与优化,得出最小需求功率下对应的发动机最佳转速,并设计发动机恒速控制器实时跟踪对应稳定飞行下的最佳转速,使得发动机一直工作在最佳的工作点,以保证直升机的机动性并增加续航时间。本文的主要工作如下:(1)建立小型无人直升机非线性模型。针对研究的样例直升机建立了非线性数学模型并得出了相应参数,为最优化仿真研究搭建平台;(2)建立直升机需求功率模型。根据旋翼的动量理论和叶素理论,分别详细地分析了垂直飞行状态和前飞飞行状态下主旋翼需求功率的计算过程,建立了直升机需求功率计算模型,为最优化仿真研究建立目标函数;(3)最优化设计与仿真实验。根据稳定飞行状态下优化主旋翼转速和操纵量的匹配使总需求功率最小的理论,设计了最优化仿真模型,并对小型无人直升机的悬停状态和各前飞飞行状态进行仿真,得出在各稳定状态下的最佳转速值,仿真结果表明在保持直升机状态不变的情况下降低直升机总需求功率是可行的;(4)发动机动力规划实验。将得出的最佳转速值应用到实际的飞行平台中,实际飞行过程中的转速跟踪效果和飞机状态曲线显示此最佳转速值是可用的,能在基本保持直升机飞行状态不变的情况下,降低发动机转速,达到省油和增加续航时间的目的。