一种电动飞行器轨迹优化方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种电动飞行器轨迹优化方法及系统。该方法包括获取电动飞行器的固有参数；根据所述固有参数计算动态滑翔最小风梯度；根据所述固有参数和所述动态滑翔最小风梯度确定风力发电系统的参数；根据所述固有参数、所述动态滑翔最小风梯度以及风力发电系统的参数，采用高斯伪谱方法进行动态滑翔闭环航迹和动态滑翔开环航迹的优化。本发明专利技术能够拓展电动飞行器的航程航时。电动飞行器的航程航时。电动飞行器的航程航时。

【技术实现步骤摘要】
一种电动飞行器轨迹优化方法及系统


[0001]本专利技术涉及电动飞行器领域，特别是涉及一种电动飞行器轨迹优化方法及系统。

技术介绍

[0002]随着新材料和储能电池技术的不断进步，电动飞行器因其清洁环保，维护简单，开始逐渐受到人们的喜爱和重视，尤其是小型无人机，很多都是采用的电动方案。电动飞行器的航程航时是制约其任务能力的关键因素。
[0003]自然界中，很多鸟类可以长途迁徙，跨越大洋，这种非凡的本领早就引起了众多科学家的注意。比如信天翁，其采用一种被称为动态滑翔的飞行方式，在贴近海面的梯度风场里飞行，几乎不消耗或者说是很少消耗能量。为了减少能量消耗，人们已经开始模仿信天翁的飞行方式，飞行器采用动态滑翔的模式在梯度风场中飞行，不仅可以不消耗能量，当梯度风场足够强时，也意味着能从风场中获取更多额外的能量。目前获取能量的方式以机械能为主，飞行器通过在梯度风场中采用动态滑翔模式沿闭环航迹飞行，但是并不能直接提高飞行器的航程航时，因此，现在的电动飞行器的巡航时间普遍较短，远远无法与传统的燃油飞行器相比，所以，电动飞行器的航程航时拓展问题亟待解决。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种电动飞行器轨迹优化方法及系统，能够拓展电动飞行器的航程航时。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种电动飞行器轨迹优化方法，包括：
[0007]获取电动飞行器的固有参数；所述固有参数包括：重量、升力系数、阻力系数、参考翼面积以及飞行速度；
[0008]根据所述固有参数计算动态滑翔最小风梯度；
[0009]根据所述固有参数和所述动态滑翔最小风梯度确定风力发电系统的参数；所述风力发电系统设置在所述电动飞行器的背部；所述风力发电系统的参数包括：桨盘面积、功率系数和充电效率；
[0010]根据所述固有参数、所述动态滑翔最小风梯度以及风力发电系统的参数，采用高斯伪谱方法进行动态滑翔闭环航迹和动态滑翔开环航迹的优化。
[0011]可选地，所述根据所述固有参数计算动态滑翔最小风梯度，具体包括：
[0012]利用公式确定动态滑翔最小风梯度；
[0013]其中，C
L
为升力系数，C
D
为阻力系数，V为飞行速度，g为重力加速度，β为动态滑翔最小风梯度。
[0014]可选地，所述根据所述固有参数和所述动态滑翔最小风梯度确定风力发电系统的参数，具体包括：
[0015]利用公式确定风力发电系统的参数；
[0016]其中，A为风力发电系统的桨盘面积，C
P
为功率系数，μ为阻力增益系数，η为充电效率，ρ为当地大气密度，m为重量，S为参考翼面积。
[0017]可选地，所述根据所述固有参数、所述动态滑翔最小风梯度以及风力发电系统的参数，采用高斯伪谱方法进行动态滑翔闭环航迹和动态滑翔开环航迹的优化，具体包括：
[0018]利用公式max J(x)＝E
B
确定获取的电能最大的轨迹；
[0019]动态滑翔的边界条件为以下公式；
[0020][0021][0022][0023]以获取的电能最大的轨迹为风梯度动态滑翔目标函数，以动态滑翔的边界条件为约束条件，采用高斯伪谱方法对动态滑翔运动特征进行分析，确定优化后的动态滑翔闭环航迹和动态滑翔开环航迹；
[0024]其中，t0为初始时刻，t
f
为终端时刻，ψ为航向角，φ为滚转角，γ为俯仰角，h为高度，n为过载。
[0025]一种电动飞行器轨迹优化系统，包括：
[0026]固有参数获取模块，用于获取电动飞行器的固有参数；所述固有参数包括：重量、升力系数、阻力系数、参考翼面积以及飞行速度；
[0027]动态滑翔最小风梯度计算模块，用于根据所述固有参数计算动态滑翔最小风梯度；
[0028]风力发电系统的参数确定模块，用于根据所述固有参数和所述动态滑翔最小风梯度确定风力发电系统的参数；所述风力发电系统设置在所述电动飞行器的背部；所述风力发电系统的参数包括：桨盘面积、功率系数和充电效率；
[0029]航迹优化模块，用于根据所述固有参数、所述动态滑翔最小风梯度以及风力发电系统的参数，采用高斯伪谱方法进行动态滑翔闭环航迹和动态滑翔开环航迹的优化。
[0030]可选地，所述动态滑翔最小风梯度计算模块具体包括：
[0031]动态滑翔最小风梯度计算单元，用于利用公式确定动态滑翔最小风梯度；
[0032]其中，C
L
为升力系数，C
D
为阻力系数，V为飞行速度，g为重力加速度，β为动态滑翔最小风梯度。
[0033]可选地，所述风力发电系统的参数确定模块具体包括：
[0034]风力发电系统的参数确定单元，用于利用公式确定风力发电系统的参数；
[0035]其中，A为风力发电系统的桨盘面积，C
P
为功率系数，μ为阻力增益系数，η为充电效率，ρ为当地大气密度，m为重量，S为参考翼面积。
[0036]可选地，所述航迹优化模块具体包括：
[0037]目标函数确定单元，用于利用公式max J(x)＝E
B
确定获取的电能最大的轨迹；
[0038]边界条件确定单元，用于动态滑翔的边界条件为以下公式；
[0039][0040][0041][0042]航迹优化单元，用于以获取的电能最大的轨迹为风梯度动态滑翔目标函数，以动态滑翔的边界条件为约束条件，采用高斯伪谱方法对动态滑翔运动特征进行分析，确定优化后的动态滑翔闭环航迹和动态滑翔开环航迹；
[0043]其中，t0为初始时刻，t
f
为终端时刻，ψ为航向角，φ为滚转角，γ为俯仰角，h为高度，n为过载。
[0044]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0045]本专利技术所提供的一种电动飞行器轨迹优化方法及系统，根据所述固有参数计算出维持其动态滑翔的梯度风场的最小风梯度，同时可以计算出需安装的小型风力发电系统的参数，然后根据上述参数，利用高斯伪谱法优化出闭环航迹和开环航迹，交由飞行员或者是自动驾驶仪执行。在电动飞行器背部安装小型风力发电系统，在合适的梯度风场中以动态滑翔的模式飞行，能够获取并存储额外的电能的方法，进而能够拓展电动飞行器的航程航时。并且可广泛应用于各种载人电动飞行器，以储能电池储存能量的电动飞行器，具有延长电动飞行器飞行时间，拓展其航程的作用。
附图说明
[0046]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0047]图1为本专利技术所提供的一种电动飞行器轨迹优化方法流程示意图；
[0048]图2为固定风本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电动飞行器轨迹优化方法，其特征在于，包括：获取电动飞行器的固有参数；所述固有参数包括：重量、升力系数、阻力系数、参考翼面积以及飞行速度；根据所述固有参数计算动态滑翔最小风梯度；根据所述固有参数和所述动态滑翔最小风梯度确定风力发电系统的参数；所述风力发电系统设置在所述电动飞行器的背部；所述风力发电系统的参数包括：桨盘面积、功率系数和充电效率；根据所述固有参数、所述动态滑翔最小风梯度以及风力发电系统的参数，采用高斯伪谱方法进行动态滑翔闭环航迹和动态滑翔开环航迹的优化。2.根据权利要求1所述的一种电动飞行器轨迹优化方法，其特征在于，所述根据所述固有参数计算动态滑翔最小风梯度，具体包括：利用公式确定动态滑翔最小风梯度；其中，C
L
为升力系数，C
D
为阻力系数，V为飞行速度，g为重力加速度，β为动态滑翔最小风梯度。3.根据权利要求2所述的一种电动飞行器轨迹优化方法，其特征在于，所述根据所述固有参数和所述动态滑翔最小风梯度确定风力发电系统的参数，具体包括：利用公式确定风力发电系统的参数；其中，A为风力发电系统的桨盘面积，C
P
为功率系数，μ为阻力增益系数，η为充电效率，ρ为当地大气密度，m为重量，S为参考翼面积。4.根据权利要求3所述的一种电动飞行器轨迹优化方法，其特征在于，所述根据所述固有参数、所述动态滑翔最小风梯度以及风力发电系统的参数，采用高斯伪谱方法进行动态滑翔闭环航迹和动态滑翔开环航迹的优化，具体包括：利用公式maxJ(x)＝E
B
确定获取的电能最大的轨迹；动态滑翔的边界条件为以下公式；动态滑翔的边界条件为以下公式；动态滑翔的边界条件为以下公式；以获取的电能最大的轨迹为风梯度动态滑翔目标函数，以动态滑翔的边界条件为约束条件，采用高斯伪谱方法对动态滑翔运动特征进行分析，确定优化后的动态滑翔闭环航迹
和动态滑翔开环航迹；其中，t0为初始时刻，t
f
为终端时刻，ψ为航向角，φ为滚转角，γ为俯仰角，h为高度，n为过载。5.一种电动飞行器轨迹优化系统，其特征在于，包括：固有参数获取...

【专利技术属性】
技术研发人员：高俊，侯中喜，王鹏，鲁亚飞，杨希祥，高显忠，朱炳杰，邓小龙，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：