CN114228983B - 一种农用电动旋翼无人机的配置方法 - Google Patents

一种农用电动旋翼无人机的配置方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114228983B
CN114228983B CN202111487490.9A CN202111487490A CN114228983B CN 114228983 B CN114228983 B CN 114228983B CN 202111487490 A CN202111487490 A CN 202111487490A CN 114228983 B CN114228983 B CN 114228983B
Authority
CN
China
Prior art keywords
configuration
load
aerial vehicle
unmanned aerial
line
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111487490.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114228983A (zh
Inventor
李继宇
张植勋
龙波
赵胤伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
South China Agricultural University
Original Assignee
South China Agricultural University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by South China Agricultural University filed Critical South China Agricultural University
Priority to CN202111487490.9A priority Critical patent/CN114228983B/zh
Publication of CN114228983A publication Critical patent/CN114228983A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114228983B publication Critical patent/CN114228983B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C27/00Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
    • B64C27/04Helicopters
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64DEQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D27/00Arrangement or mounting of power plants in aircraft; Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/02Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/24Aircraft characterised by the type or position of power plants using steam or spring force
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64FGROUND OR AIRCRAFT-CARRIER-DECK INSTALLATIONS SPECIALLY ADAPTED FOR USE IN CONNECTION WITH AIRCRAFT; DESIGNING, MANUFACTURING, ASSEMBLING, CLEANING, MAINTAINING OR REPAIRING AIRCRAFT, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; HANDLING, TRANSPORTING, TESTING OR INSPECTING AIRCRAFT COMPONENTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B64F5/00Designing, manufacturing, assembling, cleaning, maintaining or repairing aircraft, not otherwise provided for; Handling, transporting, testing or inspecting aircraft components, not otherwise provided for
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64UUNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U10/00Type of UAV
    • B64U10/10Rotorcrafts
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64UUNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U50/00Propulsion; Power supply
    • B64U50/10Propulsion
    • B64U50/19Propulsion using electrically powered motors
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Forklifts And Lifting Vehicles (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

本发明公开了一种农用电动旋翼无人机的配置方法,包括以下步骤:首先根据农用电动旋翼无人机中的各个模块的各项参数,建立无人机续航时间‑负载质量‑电池质量模型,并依据动力冗余系数来确定农用电动旋翼无人机在模型曲面上的配置线;随后利用配置线在模型曲面上的位置,将模型曲面划分为不同区域,得到工作运行图;接着将厂商提供的标准配置参数输入工作运行图中,得到当前无人机的标准工作配置点;根据无人机标准配置点所在位置进行农用电动旋翼无人机快速评估和续航能力的最优配置。本发明的农用电动旋翼无人机的配置方法可以为无人机设计中的最佳性能配置提供参考建议,从而为设计出性能和续航时间最优的农用电动旋翼无人机提供技术支持。

Description

一种农用电动旋翼无人机的配置方法
技术领域
本发明属于无人机能耗研究领域,具体为一种农用电动旋翼无人机的配置方法。
背景技术
农用电动旋翼无人机广泛应用于平原地区对大面积农田的统一生产管理,该农用电动旋翼无人机可以同时满足山区和丘陵地区的小规模作业的需要,且其工作效率比传统劳作方式有明显提升,因此农用电动旋翼无人机在农业生产过程中发挥着重要作用。
农业无人机的主要应用领域包括植保、施药、播撒和监测等领域。但其在使用和发展过程中,能耗问题始终是制约农用电动旋翼无人机发展的最大的瓶颈。传统的农业无人机使用锂电池或者汽油作为动力,从能耗角度讲,油动效率为30%左右,电动效率为70%左右。对此,很多专家学者主要针对以锂电池为动力的农用电动旋翼无人机进行研究,由于电动无人机的机身结构相对简单,制造成本低,市场占有率超过80%。虽然增加电池以及减少负载可以提高续航时间,但电池质量的增加会增加能耗,降低能效,而负载的减少则会影响田间操作的连续性。因此,电池质量与负载的最佳匹配和合理的性能配置是提高农用无人机运行效率的重要途径。为此,不同厂商提供机型标准配置参数输入农用电动旋翼无人机的工作运行图,从而得到其无人机标准配置点所在分区,根据分区情况调整配置方案,并从中选择最佳匹配方案,提高无人机的续航时间和运行效率。
但是,现有厂商提供的农用电动旋翼无人机工作运行图仍存在缺陷,还是无法为无人机设计在作业负载和电池容量之间选择最佳性能配置提供最优建议,因此还有待改进。
发明内容
本发明在于克服现有技术的不足,提供一种农用电动旋翼无人机的配置方法,所述农用电动旋翼无人机的配置方法可以为无人机设计中的最佳性能配置提供参考建议,从而为设计出性能和续航时间最优的农用电动旋翼无人机提供技术支持。
本发明用于解决现有技术问题的技术方案是:
一种农用电动旋翼无人机的配置方法,包括以下步骤:
(1)、根据农用电动旋翼无人机中的各个模块的各项参数,拟合成农用电动旋翼无人机中的各个模块的拉力-功率拟合方程,并建立无人机续航时间-负载质量-电池质量模型,以此制成续航时间、负载质量和电池质量三者关系的模型曲面;
(2)、根据动力冗余系数确定农用电动旋翼无人机在无人机续航时间-负载质量-电池质量模型的模型曲面上的配置线;
(3)、利用配置线在模型曲面上的位置,将模型曲面划分为不同区域,得到农用电动旋翼无人机的工作运行图;
(4)、将厂商提供的标准配置参数输入工作运行图中,得到当前无人机的标准工作配置点;
(5)、根据无人机标准配置点所在位置进行农用电动旋翼无人机快速评估和续航能力的最优配置。
优选的,在步骤(1)中,所述的无人机续航时间-负载质量-电池质量模型以电池质量、电池能量密度和工作负载为输入,将续航时间作为输出,其中,构建步骤为:
(1-1)、根据电池参数计算电池总能量,其中,电池总能量=电池质量×电池能量密度×安全放电系数;
(1-2)、通过实验测量得到无人机一段时间内的平均悬停功率,得到续航时间表达式,其中,平均悬停功率等于农用电动旋翼无人机所有模块在悬停时的平均输出功率;
(1-3)、续航时间表达式分别与无人机载荷分布规律、能耗分布规律、模块功率拟合系数整合后,最终得到无人机续航时间-负载质量-电池质量模型,其中,续航时间=电池总能量/平均悬停功率。
优选的,在步骤(2)中,所述动力冗余系数的计算方法为:
(2-1)、确定农用电动旋翼无人机在最大负载状态下的最大倾角和最小倾角;
(2-2)、对最大倾角或最小倾角进行受力分析,得到电机的拉力与机身重力之间的关系,即在最大或最小倾角情况下无人机重力等于所有电机最大拉力下的最大倾角或最小倾角的余弦值,且动力冗余系数=起飞重量/所有电机最大拉力,其中,起飞重量=机身重力+作业负载。
优选的,在步骤(2)中,所述的配置线为给定动力冗余系数后,最大倾角和最小倾角对应最大负载状态下的参数配置变化线,其中,所述的配置线包括续航饱和线、最大续航配置线、空载配置线和最大重载配置线,且各自的确定方法为:
所述续航饱和线为农用电动旋翼无人机的作业负载低于某确定值时,农用电动旋翼无人机在无人机续航时间-负载质量-电池质量模型中的续航曲线的最高点构成的连线;
所述最大续航配置线为农用电动旋翼无人机在有效负载配置范围内,续航时间曲线的最高点构成的连线;
所述空载配置线为农用电动旋翼无人机在不带作业负载情况下的配置线;
所述最大重载配置线为农用电动旋翼无人机在最大作业负载情况下的配置线。
优选的,所述的配置线还包括轻载配置线和重载配置线,其中,轻载配置线是轻载配置区和理想配置区的分割线,重载配置线是理想配置区和负载配置区的分割线,所述轻载配置线和重载配置线的计算方法为:
S1、计算最大负载状态下农用电动旋翼无人机的最大倾角和最小倾角对应的动力冗余系数的变化范围;
S2、将参数配置输入无人机续航时间-负载质量-电池质量模型得到两条配置线,其中,两条配置线的斜率=悬停功率×所有电机的最大拉力×动力冗余系数的倒数;
S3、计算所有电机在最小倾角对应最大负载状态下悬停功率的斜率,得到轻载配置线;
S4、计算所有电机在最大倾角对应最大负载状态下悬停功率的斜率,得到重载配置线。
优选的,在步骤(3)中,根据配置线将模型曲面分为轻载配置区、理想配置区、负载截止区和饱和区,其中,
所述轻载配置线与所述空载配置线形成所述轻载配置区;
所述轻载配置线与所述重载配置线和所述空载配置线形成所述理想配置区;
所述重载配置线与所述最大重载配置线形成所述负载截止区;
所述续航饱和线与所述最大续航配置线形成所述饱和区。
优选的,所述的理想配置区是性能和续航能力的最优配置区域,通过改变轻载配置线和重载配置线来增大理想配置区,具体为:
改变轻载配置线:减小最小倾角下所有电机的最大拉力和悬停输出功率,使得轻载配置线的斜率增大,轻载配置线会向轻载配置区移动,轻载配置区减小,理想配置区增大;
改变重载配置线:增大最大倾角下所有电机的最大拉力和悬停输出功率,使得重载配置线的斜率减小,重载配置线会向负载截止区移动,负载截止区减小,理想配置区增大。
优选的,在步骤(4)中,通过改变空载配置线和最大重载配置线来增大农用电动旋翼无人机的工作运行图,以此增大农用电动旋翼无人机的工作运行区域。
优选的,在步骤(4)中,所述的厂商提供的标准配置参数包括空机质量、标准电池质量和标准负载质量;所述的厂商提供的所有配置参数包括电机型号和桨叶型号。
优选的,在步骤(5)中,根据无人机标准配置点所在位置可进行农用电动旋翼无人机的的快速评估和续航能力最优配置,具体步骤为:
根据无人机的标准工作配置点在工作运行图的所在位置,得到无人机所在区域的位置;
若标准工作配置点落在轻载配置区时,则作业负载小,通过增加电池配置,提高续航能力;
若标准工作配置点落在理想配置区时,则作业负载和电池配置安全匹配,性能和续航能力最优;
若标准工作配置点落在负载截止区时,则作业负载大,通过减少作业负载使其标准工作配置点达到理想配置区;
若标准工作配置点落在饱和区时,续航时间随电池增加而降低,应避免在饱和区选取配置参数。
本发明与现有技术相比具有以下的有益效果:
1、本发明的农用电动旋翼无人机的配置方法定义了配置线在无人机续航时间-负载质量-电池质量模型的模型曲面上的分区方法,创造性地根据配置线在无人机续航时间-负载质量-电池质量模型的模型曲面上的位置,将模型曲面划分为轻载配置区、理想配置区、负载截止区和饱和区,不仅可以快速了解各个区域配置情况,而且通过增大理想配置区,尽可能地将无人机标准配置点落在理想配置区内进行农用电动旋翼无人机快速评估和续航能力的最优配置。
2、本发明的农用电动旋翼无人机的配置方法建立了无人机续航时间-负载质量-电池质量模型的分区图,根据区域划分结果,通过各个区域的面积占比对无人机的综合性能特点进行评估,选择其作业适用范围。
3、本发明的农用电动旋翼无人机的配置方法建立了无人机续航时间-负载质量-电池质量模型,在设计制造无人机的过程中,可以根据当前机型配置信息得到所在区域的电池质量、负载质量和续航时间等情况,即当前机型配置下的标准工作配置点,通过调整配置和调整标准工作配置点,为进一步优化无人机配置提供有效支持。
4、本发明的农用电动旋翼无人机的配置方法可以为农用电动旋翼无人机在设计中的最佳性能配置提供建议,在实际应用中,不同厂商提供机型相关配置输入本发明的农用电动旋翼无人机的配置方法的工作运行图中,根据无人机标准工作配置点所在区域,给出提升性能的配置建议。
附图说明
图1是本发明的农用电动旋翼无人机的配置方法的流程示意图。
图2是本发明的农用电动旋翼无人机的配置方法的配置线在无人机续航时间-负载质量-电池质量模型上的三维图。
图3是本发明的农用电动旋翼无人机的配置方法的配置线在无人机续航时间-负载质量-电池质量模型的模型曲面上的正视图以及各个区域分布情况。
图4是无人机标准配置工作点。
图5是无人机标准配置工作点进行快速评估后的示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。
参见图1-图5,本发明的农用电动旋翼无人机的配置方法,首先根据农用电动旋翼无人机的电机、电池等各项参数,拟合成农用电动旋翼无人机中的各个模块的拉力-功率拟合方程,并建立无人机续航时间-负载质量-电池质量模型,以此制成续航时间、负载质量和电池质量三者关系的模型曲面;根据动力冗余系数确定农用电动旋翼无人机在无人机续航时间-负载质量-电池质量模型在模型曲面上的配置线;利用配置线在模型曲面上的位置,将模型曲面划分为不同区域,得到农用电动旋翼无人机的工作运行图;随后将厂商提供的标准配置参数输入工作运行图中,得到当前无人机的标准工作配置点;最后,根据无人机标准配置点所在位置进行农用电动旋翼无人机进行快速评估和续航能力的最优配置。
而本发明的农用电动旋翼无人机的配置方法可以为农用电动旋翼无人机在设计中的最佳性能配置提供建议,在实际应用中,不同厂商提供机型相关配置输入本发明的农用电动旋翼无人机的配置方法的工作运行图中,根据无人机标准工作配置点所在区域,给出提升性能的配置建议。
具体实施方式
参见图1-图5,本发明的农用电动旋翼无人机的配置方法,包括以下步骤:
S1、根据农用无人机电机、电池等各项参数和各个模块的拉力-功率拟合方程建立无人机续航时间-负载质量-电池质量模型,具体为:
首先获取当前农用旋翼无人机的电机、电池、螺旋桨、电调、分电板、功率计的各项参数,通过电机测试台进行地面测试,测量动力系统、分电板、功率计这三个模块在不同油门下随着拉力变化而改变的功率输出值,以及三个模块在不同拉力下的受环境影响的功率值,然后拟合而成拉力-功率拟合方程;
无人机续航时间-负载质量-电池质量模型以当前农用旋翼无人机的电池质量、电池能量密度和工作负载为输入,续航时间为输出,具体构建过程为:
首先根据电池参数计算电池总能量,电池总能量等于电池质量乘以电池能量密度乘以安全放电系数,安全放电系数是剩余电池容量与标定容量的比率,此值应略低于85%,可以设为0.8;再通过实验测量得到无人机一段时间内的所有模块在悬停时的平均输出功率;通过实验测量得到无人机一段时间内的平均悬停功率,得到续航时间表达式,其中,平均悬停功率等于农用电动旋翼无人机所有模块在悬停时的平均输出功率;续航时间表达式分别与无人机载荷分布规律、能耗分布规律、模块功率拟合系数整合后,最终得到无人机续航时间-负载质量-电池质量模型,其中,续航时间=电池总能量/平均悬停功率。最后通过无人机续航时间-负载质量-电池质量模型绘制续航时间、负载质量和电池质量三者关系的模型曲面,如图2所示。
S2、根据动力冗余系数确定农用电动旋翼无人机在无人机续航时间-负载质量-电池质量模型的模型曲面上的配置线,具体为:
首先计算动力冗余系数,其中,所述动力冗余系数的计算方法为:
先确定农用电动旋翼无人机在最大负载状态下的最大倾角和最小倾角;对最大倾角或最小倾角进行受力分析,得到电机的拉力与机身重力之间的关系,即在最大或最小倾角情况下无人机重力等于所有电机最大拉力下的最大倾角或最小倾角的余弦值,且动力冗余系数=起飞重量/所有电机最大拉力,其中,起飞重量=机身重力+作业负载。
然后根据动力冗余系数确定农用电动旋翼无人机在无人机续航时间-负载质量-电池质量模型的模型曲面上的所有配置线,其中,所述的配置线为给定动力冗余系数后,最大倾角和最小倾角对应最大负载状态下的参数配置变化线,其中,所述的配置线包括续航饱和线、最大续航配置线、空载配置线和最大重载配置线,且各自的确定方法为:
所述续航饱和线为农用电动旋翼无人机的作业负载低于续航极值点时,农用电动旋翼无人机在无人机续航时间-负载质量-电池质量模型中的续航曲线的最高点构成的连线;
所述最大续航配置线为农用电动旋翼无人机在有效负载配置范围内,续航时间曲线的最高点构成的连线;
所述空载配置线为农用电动旋翼无人机在不带作业负载情况下的配置线;
所述最大重载配置线为农用电动旋翼无人机在最大作业负载情况下的配置线。
如图3所示,依据上述确定方法,可得到续航饱和线DB、最大续航配置线ABD;空载配置线为不带作业负载情况下的配置线,最大重载配置线为最大作业负载情况下的配置线。
另外,在得到动力冗余系数后,确定农用电动旋翼无人机的最大倾角和最小倾角,计算最大倾角和最小倾角对应最大负载状态下动力冗余系数的变化范围,并将参数配置输入无人机续航时间-负载质量-电池质量模型中,计算等于所有电机在最小倾角对应最大负载状态下悬停功率的斜率,如图3所示得到轻载配置线AE;计算等于所有电机在最大倾角对应最大负载状态下悬停功率的斜率,如图3所示得到重载配置线AC。
S3、利用配置线在模型曲面上的位置,将模型曲面划分为不同区域,可以得到农用电动旋翼无人机的工作运行图,具体为:
主要是根据配置线的斜率将其分为轻载配置区、理想配置区、负载截止区和饱和区;其中的轻载配置线与空载配置线形成轻载配置区;其中的轻载配置线、重载配置线和空载配置线形成理想配置区;其中的重载配置线与最大重载配置线形成负载截止区;其中的续航饱和线和最大续航配置线形成饱和区。
其中,所述的理想配置区是性能和续航能力的最优配置区域,通过改变轻载配置线和重载配置线来增大理想配置区,通过增大理想配置区,尽可能地将无人机标准配置点落在理想配置区内进行农用电动旋翼无人机快速评估和续航能力的最优配置,具体步骤为:
改变轻载配置线:减小最小倾角下所有电机的最大拉力和悬停输出功率,使得轻载配置线的斜率增大,轻载配置线会向轻载配置区移动,轻载配置区减小,理想配置区增大;
改变重载配置线:增大最大倾角下所有电机的最大拉力和悬停输出功率,使得重载配置线的斜率减小,重载配置线会向负载截止区移动,负载截止区减小,理想配置区增大。
参见图1-图5,增大农用电动旋翼无人机工作运行图中工作运行区域的方法,增大工作运行区域意味着可以选取更多的作业配置点,可以通过改变空载配置线和最大重载配置线来实现,具体方法是改变电机配置或改变空机质量以减少悬停输出功率,使得续航时间变长,可以使得空载配置区线和最大重载配置线向更高续航时间方向移动。
S4、将厂商提供的标准配置参数输入工作运行图中,得到当前无人机的标准工作配置点,具体为:
在本实施例中,以一架某品牌农用电动旋翼无人机作为评估对象,厂商提供的所有配置参数,包括电机型号和桨叶型号,输入到各机型配套动力电机的拉力-功率拟合函数,即可快速构建无人机续航配置分区图(即在模型曲面上划分各个区域),得到最后的工作运行图,厂商提供的标准配置参数,包括空机质量、标准电池质量和标准负载质量,输入到工作运行图中,就可以得到当前无人机的标准配置工作点;如图4所示的圆形点。
S5、根据无人机标准工作配置点所在位置可进行农用电动旋翼无人机进行快速评估和续航能力最优配置,具体为:
根据无人机标准工作配置点在工作运行图的所在位置,可以快速得到其所在区域的位置,如图5所示;
若标准工作配置点落在轻载配置区时,如图5所示圆形点,则表示在轻载配置区下表示为作业负载低,续航时间长,不利于农用无人机性能的充分发挥,可以通过增加电池配置,提高续航能力;
若标准工作配置点落在理想配置区时,如图5所示的菱形点,则表示其兼顾续航时间与作业负载能力,为农用无人机的参数推荐配置区;
若标准工作配置点落在负载截止区时,如图5所示的方形点,则表示作业负载大,在负载截止区下超出无人机最大负载能力,无实际应用价值,可以通过减少作业负载使其标准作业工作点达到理想配置区;
若标准工作配置点落在饱和区时,如图5所示的三角形点,续航时间随电池增加而降低,应避免在饱和区选取配置参数。
上述为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述内容的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、块合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种农用电动旋翼无人机的配置方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)、根据农用电动旋翼无人机中的各个模块的各项参数,拟合成农用电动旋翼无人机中的各个模块的拉力-功率拟合方程,并建立无人机续航时间-负载质量-电池质量模型,以此制成续航时间、负载质量和电池质量三者关系的模型曲面;
(2)、根据动力冗余系数确定农用电动旋翼无人机在无人机续航时间-负载质量-电池质量模型的模型曲面上的配置线;所述动力冗余系数的计算方法为:
(2-1)、确定农用电动旋翼无人机在最大负载状态下的最大倾角和最小倾角;
(2-2)、对最大倾角或最小倾角进行受力分析,得到电机的拉力与机身重力之间的关系,即在最大或最小倾角情况下无人机重力等于所有电机最大拉力下的最大倾角或最小倾角的余弦值,且动力冗余系数=起飞重量/所有电机最大拉力,其中,起飞重量=机身重力+作业负载;
(3)、利用配置线在模型曲面上的位置,将模型曲面划分为不同区域,得到农用电动旋翼无人机的工作运行图;
(4)、将厂商提供的标准配置参数输入工作运行图中,得到当前无人机的标准工作配置点;
(5)、根据无人机标准配置点所在位置进行农用电动旋翼无人机快速评估和续航能力的最优配置。
2.根据权利要求1所述的农用电动旋翼无人机的配置方法,其特征在于,在步骤(1)中,所述的无人机续航时间-负载质量-电池质量模型以电池质量、电池能量密度和工作负载为输入,将续航时间作为输出,其中,构建步骤为:
(1-1)、根据电池参数计算电池总能量,其中,电池总能量=电池质量✕电池能量密度✕安全放电系数;
(1-2)、通过实验测量得到无人机一段时间内的平均悬停功率,得到续航时间表达式,其中,平均悬停功率等于农用电动旋翼无人机所有模块在悬停时的平均输出功率;
(1-3)、续航时间表达式分别与无人机载荷分布规律、能耗分布规律、模块功率拟合系数整合后,最终得到无人机续航时间-负载质量-电池质量模型,其中,续航时间=电池总能量/平均悬停功率。
3.根据权利要求2所述的农用电动旋翼无人机的配置方法,其特征在于,在步骤(2)中,所述的配置线为给定动力冗余系数后,最大倾角和最小倾角对应最大负载状态下的参数配置变化线,其中,所述的配置线包括续航饱和线、最大续航配置线、空载配置线和最大重载配置线,且各自的确定方法为:
所述续航饱和线为农用电动旋翼无人机的作业负载低于某确定值时,农用电动旋翼无人机在无人机续航时间-负载质量-电池质量模型中的续航曲线的最高点构成的连线;
所述最大续航配置线为农用电动旋翼无人机在有效负载配置范围内,续航时间曲线的最高点构成的连线;
所述空载配置线为农用电动旋翼无人机在不带作业负载情况下的配置线;
所述最大重载配置线为农用电动旋翼无人机在最大作业负载情况下的配置线。
4.根据权利要求3所述的农用电动旋翼无人机的配置方法,其特征在于,所述的配置线还包括轻载配置线和重载配置线,其中,所述轻载配置线和重载配置线的计算方法为:
S1、计算最大负载状态下农用电动旋翼无人机的最大倾角和最小倾角对应的动力冗余系数的变化范围;
S2、将参数配置输入无人机续航时间-负载质量-电池质量模型得到两条配置线,其中,两条配置线的斜率=悬停功率✕所有电机的最大拉力✕动力冗余系数的倒数;
S3、计算所有电机在最小倾角对应最大负载状态下悬停功率的斜率,得到轻载配置线;
S4、计算所有电机在最大倾角对应最大负载状态下悬停功率的斜率,得到重载配置线。
5.根据权利要求4所述的农用电动旋翼无人机的配置方法,其特征在于,在步骤(3)中,根据配置线将模型曲面分为轻载配置区、理想配置区、负载截止区和饱和区,其中,
所述轻载配置线与所述空载配置线形成所述轻载配置区;
所述轻载配置线与所述重载配置线和所述空载配置线形成所述理想配置区;
所述重载配置线与所述最大重载配置线形成所述负载截止区;
所述续航饱和线与所述最大续航配置线形成所述饱和区。
6.根据权利要求5所述的农用电动旋翼无人机的配置方法,其特征在于,所述的理想配置区是性能和续航能力的最优配置区域,通过改变轻载配置线和重载配置线来增大理想配置区,具体为:
改变轻载配置线:减小最小倾角下所有电机的最大拉力和悬停输出功率,使得轻载配置线的斜率增大,轻载配置线会向轻载配置区移动,轻载配置区减小,理想配置区增大;
改变重载配置线:增大最大倾角下所有电机的最大拉力和悬停输出功率,使得重载配置线的斜率减小,重载配置线会向负载截止区移动,负载截止区减小,理想配置区增大。
7.根据权利要求6所述的农用电动旋翼无人机的配置方法,其特征在于,在步骤(4)中,通过改变空载配置线和最大重载配置线来增大农用电动旋翼无人机的工作运行图,以此增大农用电动旋翼无人机的工作运行区域。
8.根据权利要求1所述的农用电动旋翼无人机的配置方法,其特征在于,在步骤(4)中,所述的厂商提供的标准配置参数包括空机质量、标准电池质量和标准负载质量;所述的厂商提供的所有配置参数包括电机型号和桨叶型号。
9.根据权利要求1所述的农用电动旋翼无人机的配置方法,其特征在于,在步骤(5)中,根据无人机标准配置点所在位置可进行农用电动旋翼无人机的快速评估和续航能力最优配置,具体步骤为:
根据无人机的标准工作配置点在工作运行图的所在位置,得到无人机所在区域的位置;
若标准工作配置点落在轻载配置区时,则作业负载小,通过增加电池配置,提高续航能力;
若标准工作配置点落在理想配置区时,则作业负载和电池配置安全匹配,性能和续航能力最优;
若标准工作配置点落在负载截止区时,则作业负载大,通过减少作业负载使其标准工作配置点达到理想配置区;
若标准工作配置点落在饱和区时,续航时间随电池增加而降低,应避免在饱和区选取配置参数。
CN202111487490.9A 2021-12-07 2021-12-07 一种农用电动旋翼无人机的配置方法 Active CN114228983B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111487490.9A CN114228983B (zh) 2021-12-07 2021-12-07 一种农用电动旋翼无人机的配置方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111487490.9A CN114228983B (zh) 2021-12-07 2021-12-07 一种农用电动旋翼无人机的配置方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114228983A CN114228983A (zh) 2022-03-25
CN114228983B true CN114228983B (zh) 2023-08-15

Family

ID=80753778

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111487490.9A Active CN114228983B (zh) 2021-12-07 2021-12-07 一种农用电动旋翼无人机的配置方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114228983B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111898882A (zh) * 2020-07-16 2020-11-06 华南农业大学 一种农用载重无人机的最大负载能力评价方法
CN112060983A (zh) * 2020-08-13 2020-12-11 西北工业大学 一种新能源无人机混合电源架构评估方法
CN112572824A (zh) * 2020-12-14 2021-03-30 华南农业大学 一种载重型无人机的动力配置方法及装置
CN113120235A (zh) * 2021-05-28 2021-07-16 之江实验室 一种基于能量分析的载重无人机任务规划方法
CN113704896A (zh) * 2021-10-29 2021-11-26 北京航空航天大学 一种电动垂直起降飞行器动力系统分层递进设计优化方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8128019B2 (en) * 2008-12-12 2012-03-06 Honeywell International Inc. Hybrid power for ducted fan unmanned aerial systems

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111898882A (zh) * 2020-07-16 2020-11-06 华南农业大学 一种农用载重无人机的最大负载能力评价方法
CN112060983A (zh) * 2020-08-13 2020-12-11 西北工业大学 一种新能源无人机混合电源架构评估方法
CN112572824A (zh) * 2020-12-14 2021-03-30 华南农业大学 一种载重型无人机的动力配置方法及装置
CN113120235A (zh) * 2021-05-28 2021-07-16 之江实验室 一种基于能量分析的载重无人机任务规划方法
CN113704896A (zh) * 2021-10-29 2021-11-26 北京航空航天大学 一种电动垂直起降飞行器动力系统分层递进设计优化方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《多旋翼农用无人机功率能耗模型构建与试验验证》;李继宇、林晋立 等;《农机化研究》;第2020卷(第5期);7 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114228983A (zh) 2022-03-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Gadalla et al. Analysis of a hydrogen fuel cell-PV power system for small UAV
CN112060983B (zh) 一种新能源无人机混合电源架构评估方法
EP3445650A1 (en) Unmanned aerial vehicle
CN111898882B (zh) 一种农用载重无人机的最大负载能力评价方法
CN107202918B (zh) 一种动载荷电动力无人机有效作业能耗评价方法
CN111695203B (zh) 一种反蜂群无人机气动布局设计和性能评估方法
CN114228983B (zh) 一种农用电动旋翼无人机的配置方法
CN109272258A (zh) 基于K-means聚类的区域风光发电资源评估方法
CN107368090B (zh) 一种固定翼太阳能无人机航时估计方法
D'Sa et al. SUAV: Q-a hybrid approach to solar-powered flight
Cinar et al. Sizing and optimization of novel general aviation vehicles and propulsion system architectures
Clarke et al. Evaluating the Performance and Acoustic Footprint of Aircraft for Regional and Urban Air Mobility
Erzen et al. An optimal propeller design for in-flight power recuperation on an electric aircraft
Orefice et al. Performance calculation for hybrid-electric aircraft integrating aero-propulsive interactions
CN114169503A (zh) 一种飞机着陆距离精准预测方法
CN113449238A (zh) 无人机安全运行方法、装置、电子设备及存储介质
US20230099744A1 (en) Systems and methods for determining and/or controlling motor thrust and engine thrust in a parallel hybrid aircraft
CN111061281A (zh) 飞行器飞行方案生成方法、生成系统及具有其的飞行器
CN112572824B (zh) 一种载重型无人机的动力配置方法及装置
CN205353196U (zh) 一种电动多旋翼飞行器力效测试装置
Valencia et al. Experimental performance assessment of an electric uav with an alternative distributed propulsion configuration implemented for wetland monitoring
CN116149364B (zh) 串联式油电混动垂起固定翼无人机动力系统建模方法
CN113675834B (zh) 一种集群化能源系统分布式协同控制方法
Wu et al. Testing method and anti-drift capability analysis of downwash airflow distribution characteristics of multi-rotor UAV in hover
Al Hammadi et al. Design and Analytical Analyses of eVTOL UAV Performance Calculator for Power and Energy

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant