一种手抛式不间断飞行无人机的参数优化方法技术

本发明专利技术公开了一种手抛式不间断飞行无人机的参数优化方法，以能量平衡为基础，通过无人机质质量和飞行过程需用的能量两条主线迭代，建立了无人机曲面太阳能板的质量msc模型无人机的蓄电池的质量mbat模型、最大点功率跟踪器的质量mmppt模型、与其它部件无关的类别的固定质量mfixed预测模型、无人机的结构质量maf模型、推进组件的质量mprop模型和无人机的总质量模型mtotal，提升了无人机概念设计模型的精度，几乎涵盖了太阳能无人机概念设计阶段的全部参数，更系统的获得无人机概念设计的最优解。

A parameter optimization method for hand throwing uninterrupted flight UAV

The invention discloses a parameter optimization method of unmanned aerial vehicle with hand throwing. Based on energy balance, the mass MSc model of the mass MSc model of unmanned aerial vehicle (UAV) model and the maximum power heel of the unmanned aerial vehicle (UAV) Unmanned Aerial Vehicle (UAV) surface solar panel are established through the iteration of the energy balance and the energy of the unmanned aerial vehicle (UAV). The quality mmppt model of the tracer, the fixed quality mfixed prediction model of the unrelated category, the structure quality MAF model of the UAV, the mass mprop model of the propelling component and the total mass model mtotal of the UAV, improve the precision of the UAV conceptual design model, which covers the conceptual design order of the solar UAV. All parameters of the segment can get the optimal solution of UAV conceptual design more systematically.

【技术实现步骤摘要】
一种手抛式不间断飞行无人机的参数优化方法
专利技术涉及
，尤其涉及一种手抛式不间断飞行无人机的参数优化方法。
技术介绍
目前，近年来，小型无人机的应用范围越来越广泛，对于小型无人机的不间断飞行时间要求也越来越高，例如边境巡逻、军事侦察等应用均要求无人机具备数小时的滞空时间，而高空通讯中继和大气监测则要求无人机达到数天甚至数月的航时能力。就目前的技术而言，采用太阳能电池为小型无人机提供动力，是实现小型无人机不间断飞行的唯一手段。因此，人们迫切期待一种合理的优化小型无人机的参数的方法，探索小型无人机概念设计的最优解，使得小型无人机的参数设计更加合理。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供手抛式不间断飞行无人机的参数优化方法，能够更有效、更准确、更实用、更系统的探索无人机概念设计的最优解。本专利技术采用的技术方案为：一种手抛式不间断飞行无人机的参数优化方法，包括以下步骤：A:采集无人机的固定参数，设定无人机的可变参数：采集的无人机固定参数包括升力系数CL，阻力系数CD，ρ空气密度ρ；设定的无人机的可变参数包括机翼面积S，翼展b和平飞速度v，根据经验统计得到的预估无人机的总质量m；B:建立无人机曲面太阳能板的质量msc模型：B1：获取无人机平飞时的需用功率Plev：在水平定常飞行状态，无人机受到的力包括机翼产生的升力F1、重力G、螺旋桨的拉力T、飞机阻力F2；G＝mg(2)根据机翼产生的升力F1用于平衡重力G，即F1＝G，由公式(1)和公式(2)得到公式(4)；根据螺旋桨的拉力T与飞机阻力F2相平衡，即T＝F2，得到公式(5)根据公式(6)计算无人机平飞时的需用功率Plev：Plev＝Tv(6)由公式(4)可得，将v和T带入公式(6)中，得到公式(7)，根据得到无人机平飞时的需用功率Plev：定义展弦比AR，AR＝b2/S，因此，将无人机平飞时的需用功率Plev写为与展弦比AR相关的公式(8)：B2：获得无人机总的电能消耗功率Pelec,tot：ηctrl表征电机控制器效率；ηmot表征电动机效率；ηgrb表征减速器效率；ηplr表征螺旋桨效率；ηbec表征电机调速器效率；Pav表征航电系统能耗；Ppld表征载荷能耗；B3：获得无人机平飞时每天的能量总消耗Eelec,tot1：Tday表征白天时长，即太阳光辐射持续时间；Tnight表征黑夜时长；ηchrg表征蓄电池充电效率；ηdchrg表征蓄电池夜间放电效率；B4：获得无人机每天每平米太阳能板获得的太阳能Eday,density：Imax表征最大辐射值；Tday表征辐射持续时间；ηwthr表征天气阴晴，0≤ηwthr≤1，ηwthr＝1表示理想的晴朗天气，ηwthr＝0表示理想的黑天；B5：求取无人机太阳能板每天获取的电能量Eelec,tot2：ηcbr表征曲面太阳能板效率；Asc表征无人机上曲面太阳能板面积；ηwthr表征天气阴晴；ηmppt表征最大功率点跟踪器的效率；ηsc表征太阳能电池效率；ηcbr表征曲面太阳能板效率；B6：获取无人机上曲面太阳能板面积Asc：B7：建立无人机曲面太阳能板的质量msc模型：msc＝Asc(ksc+kenc)(14)ksc表征曲面太阳能板的面密度；kenc表征曲面太阳能板封装的面密度C:建立无人机的蓄电池的质量mbat模型：kbat表征单位质量的能量密度；ηdchrg表征电池放电效率；Pelec,tot表征无人机总的电能消耗功率；Tnight表征黑夜时长；D:建立无人机的最大点功率跟踪器的质量mmppt模型:具体包括以下步骤：D1:获得最大点功率跟踪器的效率ηmppt；ηmppt＝ηmpptdcdcηmpptalgo(16)ηmpptdcdc表征最大点功率跟踪器直流DC/DC之间的转换效率；ηmpptalgo表征最大点功率跟踪器跟踪逻辑效率D2:获得最大点功率跟踪器的最大功率需求Psolmax；Psolmax＝ImaxηscηcbrηmpptAsc(17)表征Imax最大辐射值；表征ηsc太阳能电池效率；ηcbr表征曲面太阳能板效率；Asc表征曲面太阳能板面积；ηmppt表征最大点功率跟踪器的效率；D3:获取最大点功率跟踪器的质量mmppt；mmppt＝kmpptPsolmax(18)kmppt表征最大点功率跟踪器的质功比；E:建立无人机中与其它部件无关的类别的固定质量mfixed预测模型：mfixed＝mav+mpld(19)mav表征飞行控制器质量；mpld表征任务载荷质量；F:建立无人机的结构质量maf模型：F1:建立结构质量maf的一个经验模型公式(20)：F2:选取n个滑翔机，获取每个滑翔机的结构质量miaf、机翼面积Si、展弦比ARi，以及每个无人机的结构质量miaf的经验模型公式：根据kiaf，以最小均方差的形式建立公式(20)中的kaf；根据xi1，以最小均方差的形式建立公式(20)中的x1；根据xi2，以最小均方差的形式建立公式(20)中的x2；最小均方差的公式为：,Wi表征kiaf、xi1、或xi2，表征n个Wi的平均值；F3:从n个无人机的数据中，筛选出q个比经验模型公式(20)中预测的结构质量maf更轻的滑翔机，获取所述的q个滑翔机的相关数据，所述的相关数据包括每个滑翔机的结构质量miaf、机翼面积Si、展弦比ARi，以及每个无人机的结构质量miaf的经验模型公式；利用筛选出的q个滑翔机的相关数据，以最小均方差的形式进行迭代，建立公式(20)中新的kaf、x1和x2；G:建立无人机的推进组件的质量mprop模型：mprop＝kpropPlev(21)kprop表征推进组件的质功比；Plev表征无人机平飞时的需用功率；H:建立无人机的总质量模型mtotal：mtotal＝msc+mbat+mfixed+mmppt+maf+mprop(22)I:使得步骤A中预估无人机的总质量m等于步骤H中无人机的总质量模型mtotal，即m＝mtotal重复步骤A、B、C、D、E、F、G、H，再一次建立无人机的总质量模型mtotal，直至预估无人机的总质量m与无人机的总质量模型mtotal之间的误差小于允许值。所述的手抛式不间断飞行无人机的参数优化方法的步骤F中，多次重复步骤F3，进一步提升无人机的结构质量maf模型的精确度。本专利技术以能量平衡为基础，通过无人机质质量和飞行过程需用的能量两条主线迭代，提升了无人机概念设计模型的精度，几乎涵盖了太阳能无人机概念设计阶段的全部参数，更有效、更准确、更实用、更系统的获得无人机概念设计的最优解，推动了以太阳能为能源的不间断飞行手抛式无人机的技术发展，满足边境巡逻、军事侦察、高空通讯和大气监测等对无人机综合要求高的平台的需求。附图说明图1为专利技术的流程图；具体实施方式如图1所示，本专利技术包括以下步骤：A:采集无人机的固定参数，设定无人机的可变参数：采集的无人机固定参数包括升力系数CL，阻力系数CD，ρ空气密度ρ；设定的无人机的可变参数包括机翼面积S，翼展b和平飞速度v，根据经验统计得到的预估无人机的总质量m；B:建立无人机曲面太阳能板的质量msc模型：B1：获取无人机平飞时的需用功率Plev：在水平定常飞行状态，无人机受到的力包括机翼产生的升力F1、重力G、螺旋桨的拉力T、飞机阻本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种手抛式不间断飞行无人机的参数优化方法，其特征在于：包括以下步骤：A:采集无人机的固定参数，设定无人机的可变参数：采集的无人机固定参数包括升力系数CL，阻力系数CD，ρ空气密度ρ；设定的无人机的可变参数包括机翼面积S，翼展b和平飞速度v，根据经验统计得到的预估无人机的总质量m；B:建立无人机曲面太阳能板的质量msc模型：B1：获取无人机平飞时的需用功率Plev：在水平定常飞行状态，无人机受到的力包括机翼产生的升力F1、重力G、螺旋桨的拉力T、飞机阻力F2；

【技术特征摘要】
1.一种手抛式不间断飞行无人机的参数优化方法，其特征在于：包括以下步骤：A:采集无人机的固定参数，设定无人机的可变参数：采集的无人机固定参数包括升力系数CL，阻力系数CD，ρ空气密度ρ；设定的无人机的可变参数包括机翼面积S，翼展b和平飞速度v，根据经验统计得到的预估无人机的总质量m；B:建立无人机曲面太阳能板的质量msc模型：B1：获取无人机平飞时的需用功率Plev：在水平定常飞行状态，无人机受到的力包括机翼产生的升力F1、重力G、螺旋桨的拉力T、飞机阻力F2；G＝mg(2)根据机翼产生的升力F1用于平衡重力G，即F1＝G，由公式(1)和公式(2)得到公式(4)；根据螺旋桨的拉力T与飞机阻力F2相平衡，即T＝F2，得到公式(5)根据公式(6)计算无人机平飞时的需用功率Plev：Plev＝Tv(6)由公式(4)可得，将v和T带入公式(6)中，得到公式(7)，根据得到无人机平飞时的需用功率Plev：定义展弦比AR，AR＝b2/S，因此，将无人机平飞时的需用功率Plev写为与展弦比AR相关的公式(8)：B2：获得无人机总的电能消耗功率Pelec，tot：ηctrl表征电机控制器效率；ηmot表征电动机效率；ηgrb表征减速器效率；ηplr表征螺旋桨效率；ηbec表征电机调速器效率；Pav表征航电系统能耗；Ppld表征载荷能耗；B3：获得无人机平飞时每天的能量总消耗Eelec,tot1：Tday表征白天时长，即太阳光辐射持续时间；Tnight表征黑夜时长；ηchrg表征蓄电池充电效率；ηdchrg表征蓄电池夜间放电效率；B4：获得无人机每天每平米太阳能板获得的太阳能Eday,density：Imax表征最大辐射值；Tday表征辐射持续时间；ηwthr表征天气阴晴，0≤ηwthr≤1，ηwthr＝1表示理想的晴朗天气，ηwthr＝0表示理想的黑天；B5：求取无人机太阳能板每天获取的电能量Eelec,tot2：ηcbr表征曲面太阳能板效率；Asc表征无人机上曲面太阳能板面积；ηwthr表征天气阴晴；ηmppt表征最大功率点跟踪器的效率；ηsc表征太阳能电池效率；ηcbr表征曲面太阳能板效率；B6：获取无人机上曲面太阳能板面积Asc：B7：建立无人机曲面太阳能板的质量msc模型：msc＝Asc(ksc+kenc)(14)ksc表征曲面太阳能板的面密度；kenc表征曲面太阳能板封装的面密度C:建立无人机的蓄电池的质量mbat模型：kbat表征单位质量的能量密度；ηdchrg表征电池放电效率；Pelec,tot表征无人机总的电能消耗功率；Tnight表征黑夜时长；D:建立无人机的最大点功率跟踪器的质量mmppt模型:具体包括以下步骤：D1:获得...

【专利技术属性】
技术研发人员：李松超，姜波，王智超，陈亚峰，于巍，孟长，靳磊，杨磊松，韩建鹏，张微，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十七研究所，
类型：发明
国别省市：河南,41