CN106295195A - 一种携带氢燃料电池无人机续航距离的实时估算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种携带氢燃料电池无人机续航距离的实时估算方法，属于无人机的机载能源管理技术领域，通过检测无人机上的气罐压强与气罐容量，从而计算出气罐剩余能量，再采集一定时间内无人机飞行距离，得到该段时间内的平均速率，根据剩余能量及平均速率，得到稳定状态下无人机的续航距离。通过检测无人机上的气罐压强与气罐容量，从而计算出气罐剩余能量。再采集一定时间内无人机飞行距离，得到该段时间内的平均速率。根据剩余能量及平均速率，得到稳定状态下无人机的续航距离，使无人机设备的可靠性，实用性及安全性大大提高。

Description

一种携带氢燃料电池无人机续航距离的实时估算方法

技术领域

本发明属于无人机的机载能源管理技术领域，具体涉及一种携带氢燃料电池无人机续航距离的实时估算方法。

背景技术

无人机具有良好的灵活性和紧急机动性能，在军事侦察、应急救援、环境监测等领域具有广泛的应用。准确的续航距离预测是保障无人机顺利完成任务的关键技术指标之一。由于在实时飞行时，无人机的几何形状、自重、有效载荷、飞行速度、航迹规划等因素都会对续航时间产生显著影响。如果能够准确地实时估算无人机的续航距离，并回馈给飞控管理系统和地面站，将有利于飞行任务制定、航区与航线设计的有效利用等，从而提高无人机的有效利用率。由于无人机体积小、能源携带十分有限，其续航距离的准确预测显得更加重要。

现有的氢燃料无人机市场，缺乏对于无人机实时持续飞行距离的推算，只能通过燃料电池对负载的实际供能情况测试来判断，这样成本很高，另外一方面对于不同的负载实际供能情况不一样，缺乏实用性。

发明内容

本发明解决现有的氢燃料无人机市场，缺乏对于无人机实时持续飞行距离的推算，只能通过燃料电池对负载的实际供能情况测试来判断的缺陷，提供一种通过对于气罐气压值和一系列其他实际检测值，对无人机续航距离进行实时估算，得到无人机续航距离，使无人机设备的可靠性，实用性及安全性大大提高。

本发明是通过以下技术方案来实现的：一种携带氢燃料电池无人机续航距离的实时估算方法，具体步骤如下：

步骤1：在无人机飞行中，采集无人机上的气罐压强与已知的气罐容量，从而计算出气罐剩余能量Qr；

步骤2：根据气罐剩余能量Qr和质子交换膜燃料电池的能量转换效率ηe,可得无人机可用能量Qe＝Qr·ηe

步骤3：通过检测一定时间Δt的飞行距离Δs，得到该时段内的平均飞行速率v；

步骤4：通过一定时间Δt气压的变化量对应该段时间内的平均输出功率Prep，可得该段时间内的能量消耗Δw＝Prep·Δt；

步骤5：根据剩余能量W，根据WΔw＝TΔt，可得出剩余飞行时间T＝WΔw·Δt(T＝WΔw/Δt)；

步骤6：根据该时段内的平均飞行速率v以及剩余飞行时间T，可估算出在此状态下的飞行距离S。

其中，Prep为燃料电池平均输出功率，ηe为氢燃料电池的放电效率，Qr为气罐剩余能量。

本发明的有益效果是：本发明通过对于气罐气压值和一系列其他实际检测值，对无人机续航距离进行实时估算，得到无人机续航距离，使无人机设备的可靠性，实用性及安全性大大提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

图1为本发明的流程图，图中，需要得知的参数包括气压变化量、一定时间、平均输出功率、耗能量、剩余能量、剩余飞行时间、飞行距离、平均飞行速率。

首先，在无人机飞行中，采集无人机上的气罐压强与已知的气罐容量，从而计算出气罐剩余能量Q_r；公式如下：

pV＝nRT(n为气体物质的量,R为常量,T是热力学温度，由该公式可知,压强与体积成反比。

取得剩余能量后，根据气罐剩余能量Q_r和质子交换膜燃料电池的能量转换效率η_e,可得无人机可用能量Q_e＝Q_r·η_e；

检测一定时间Δt的飞行距离Δs，得到该时段内的平均飞行速率v；

通过一定时间Δt气压的变化量对应该段时间内的平均输出功率Prep，可得该段时间内的能量消耗Δw＝Prep·Δt；并根据剩余能量W，根据WΔw＝TΔt，可得出剩余飞行时间T＝WΔw·Δt(T＝WΔw/Δt)；

最后，根据该时段内的平均飞行速率v以及剩余飞行时间T，可估算出在此状态下的飞行距离S＝v·T。

Prep为燃料电池平均输出功率，ηe为氢燃料电池的放电效率，Qr为气罐剩余能量。

通过检测无人机上的气罐压强与气罐容量，从而计算出气罐剩余能量。再采集一定时间内无人机飞行距离，得到该段时间内的平均速率。根据剩余能量及平均速率，得到稳定状态下无人机的续航距离。

本发明的有益效果是：本发明通过对于气罐气压值和一系列其他实际检测值，对无人机续航距离进行实时估算，得到无人机续航距离，使无人机设备的可靠性，实用性及安全性大大提高。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种携带氢燃料电池无人机续航距离的实时估算方法，具体步骤如下：

步骤1：在无人机飞行中，采集无人机上的气罐压强与已知的气罐容量，从而计算出气罐剩余能量Qr；

步骤2：根据气罐剩余能量Qr和质子交换膜燃料电池的能量转换效率ηe,可得无人机可用能量Qe＝Qr·ηe

步骤3：通过检测一定时间Δt的飞行距离Δs，得到该时段内的平均飞行速率v；

步骤4：通过一定时间Δt气压的变化量对应该段时间内的平均输出功率Prep，可得该段时间内的能量消耗Δw＝Prep·Δt；

步骤5：根据剩余能量W，根据WΔw＝TΔt，可得出剩余飞行时间T＝WΔw·Δt(T＝WΔw/Δt)；

步骤6：根据该时段内的平均飞行速率v以及剩余飞行时间T，可估算出在此状态下的飞行距离S。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：Prep为燃料电池平均输出功率，ηe为氢燃料电池的放电效率，Qr为气罐剩余能量。