一种滑跑起降无人机航时设计方法

技术领域

本发明属于无人机技术领域，尤其涉及一种滑跑起降无人机航时设计方法。

背景技术

无人机飞行航时是无人机系统的核心指标。无人机总体设计阶段，飞行航时设计计算是否准确将直接影响无人机气动外形、动力系统、全机成本等关键设计项。目前，无人机航时设计主要采用平飞分段油耗计算方法，即将无人机平飞过程分为若干时间段，使用工程经验公式估算总油耗及总航时。然而，该方法未考虑无人机暖机、滑跑、爬升、平飞、下降、着陆等全飞行过程，同时时间分段尺度过大，不能反应平飞过程的实时油耗，导致综合计算误差较大，存在明显的局限性。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种滑跑起降无人机航时设计方法，将现有平飞分段油耗计算方法扩展为全过程油耗计算以及平飞瞬时油耗计算，显著提高了无人机飞行航时的设计计算准确性。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种滑跑起降无人机航时设计方法，包括：

确定暖机阶段、起飞阶段、爬升阶段、下降阶段和着陆阶段的无人机油耗；

根据暖机阶段、起飞阶段和爬升阶段的无人机油耗，计算得到平飞段起点的无人机重量m

根据下降阶段和着陆阶段的无人机油耗，结合余油要求，确定平飞段终点的无人机重量m

以m

在上述滑跑起降无人机航时设计方法中，通过如下公式计算得到平飞段起点的无人机重量m

m

其中，M

在上述滑跑起降无人机航时设计方法中，通过如下公式确定Δm

其中，Δh

在上述滑跑起降无人机航时设计方法中，通过如下公式计算得到平飞段起点的无人机重量m

m

其中，M

在上述滑跑起降无人机航时设计方法中，通过如下公式确定Δm

其中，Δh

在上述滑跑起降无人机航时设计方法中，以m

基于定直平飞平衡方程，通过数值方法计算得到阻力系数c

根据计算得到的阻力系数c

根据计算得到的发动机需用推力T，结合功率公式，计算得到发动机需用功率P；

根据发动机需用功率P，通过对发动机参数表进行查表，确定发动机需用功率P对应的瞬时耗油率

自平飞段起点的无人机重量m

统计所经过的N个时间步长Δt，得到无人机飞行航时为N·Δt。

在上述滑跑起降无人机航时设计方法中，定直平飞平衡方程表示如下：

其中，V表示设计平飞速度，m表示无人机瞬时重量，g表示无人机所在高度重力加速度，c

在上述滑跑起降无人机航时设计方法中，纵向力平衡方程表示如下：

在上述滑跑起降无人机航时设计方法中，功率公式表示如下：

P＝TV。

在上述滑跑起降无人机航时设计方法中，无人机实时重量更新公式如下：

其中，m

本发明具有以下优点：

(1)本发明公开了一种滑跑起降无人机航时设计方法，将现有平飞分段油耗计算方法扩展为全过程油耗计算以及平飞瞬时油耗计算，显著提高了无人机飞行航时的设计计算准确性。

(2)本发明公开了一种滑跑起降无人机航时设计方法，能够容忍各飞行阶段油耗计算的耦合性，特别是能够准确得到平飞过程起止点的无人机重量约束。

(3)本发明公开了一种滑跑起降无人机航时设计方法，能够计算平飞过程无人机的瞬时油耗，以及对应的无人机瞬时重量和当前航时。

(4)本发明公开了一种滑跑起降无人机航时设计方法，具有良好的拓展性，适用于不同标准飞行工况的滑跑起降无人机航时设计。

附图说明

图1是本发明实施例中一种滑跑起降无人机航时设计方法的步骤流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。

参照图1，在本实施例中，该滑跑起降无人机航时设计方法，包括：

步骤1，确定暖机阶段、起飞阶段、爬升阶段、下降阶段和着陆阶段的无人机油耗。

步骤2，根据暖机阶段、起飞阶段和爬升阶段的无人机油耗，计算得到平飞段起点的无人机重量m

在本实施例中，可通过如下公式计算得到平飞段起点的无人机重量m

m

其中，M

优选的，Δm

优选的，Δm

其中，Δh

步骤3，根据下降阶段和着陆阶段的无人机油耗，结合余油要求，确定平飞段终点的无人机重量m

在本实施例中，可通过如下公式计算得到平飞段起点的无人机重量m

m

其中，M

优选的，Δm

优选的，Δm

其中，Δh

步骤4，以m

在本实施例中，无人机飞行航时的计算过程如下：

子步骤41，基于定直平飞平衡方程，通过数值方法计算得到阻力系数c

定直平飞平衡方程表示如下：

其中，V表示设计平飞速度；m表示无人机瞬时重量；g表示无人机所在高度重力加速度；c

阻力系数c

子步骤42，根据计算得到的阻力系数c

纵向力平衡方程表示如下：

子步骤43，根据计算得到的发动机需用推力T，结合功率公式，计算得到发动机需用功率P。

率公式表示如下：

P＝TV

子步骤44，根据发动机需用功率P，通过对发动机参数表进行查表，确定发动机需用功率P对应的瞬时耗油率

子步骤45，自平飞段起点的无人机重量m

无人机实时重量更新公式如下：

其中，m

子步骤46，统计所经过的N个时间步长Δt，得到无人机飞行航时为N·Δt。

在上述实施例的基础上，下面结合一个具体示例进行说明。

(1)设某无人机的满油起飞重量M

表1，爬升阶段的无人机油耗示意表

则，平飞段起点的无人机重量m

m

(2)设考虑余油的空机重量M

表2，下降阶段的无人机油耗示意表

则，平飞段起点的无人机重量m

m

(3)以m

以m

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。