CN115009537A - 油电混动无人机的飞行数据模拟装置和模拟分析方法 - Google Patents

油电混动无人机的飞行数据模拟装置和模拟分析方法 Download PDF

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CN115009537A CN202210447546.6A CN202210447546A CN115009537A CN 115009537 A CN115009537 A CN 115009537A CN 202210447546 A CN202210447546 A CN 202210447546A CN 115009537 A CN115009537 A CN 115009537A
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杨国龙
张勋
安斯奇
彭旭
郑育行
遆政宪
代明潇
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Abstract

本发明公开了一种油电混动无人机的飞行数据模拟装置和模拟分析方法，应用于无人机领域，所述装置中的油箱与发动机连接，发动机的第一输出轴与发电机连接，发电机与整流器连接，能源模块的输出端与电动机连接，进而在发动机基于燃油带动其他设备运行后，即实现油电混动无人机的飞行模拟。并且，在飞行模拟的过程中，电压传感器用于检测能源模块的电压；拉力传感器用于在电动机控制第一螺旋桨工作时，检测第一螺旋桨的拉力；第一电流传感器用于检测能源模块的输出电流；压力传感器用于在发动机利用油箱中的燃油工作时，检测燃油变化量。由此，本发明避开了因无人机机身的限制，导致无人机的燃油变化量和螺旋桨拉力等数据难以采集的情况。

Description

油电混动无人机的飞行数据模拟装置和模拟分析方法
技术领域
本发明涉及无人机领域，尤其涉及一种油电混动无人机的飞行数据模拟装置和模拟分析方法。
背景技术
当下的无人机研究中，通常会在无人机机身上安装预设的传感器，以根据传感器的检测数据进行动态测试。
但是，动态的飞行过程将对数据采集造成一定影响，且受起飞重量及机身尺寸的限制，特定的传感器难以或无法安装至机身，导致测试过程中的数据采集不全，进而使得无人机研究受限。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种油电混动无人机的飞行数据模拟装置和模拟分析方法，用于改善特定的传感器难以或无法安装至机身，导致无人机测试过程中的数据采集不全，进而使得无人机研究受限的现状。
第一方面，本发明实施例提供一种油电混动无人机的飞行数据模拟装置，所述飞行数据模拟装置包括采集模块、能源模块及驱动模块，所述采集模块包括拉力传感器、第一电流传感器、电压传感器及压力传感器，所述能源模块包括油箱、发动机及第一供电单元，所述驱动模块包括第一螺旋桨及电动机，所述第一供电单元包括发电机和整流器；
所述油箱与所述发动机连接，所述发动机的第一输出轴与所述发电机连接，所述发电机与所述整流器连接，所述能源模块的输出端与所述电动机连接；
所述电压传感器用于检测所述能源模块的电压；
所述拉力传感器用于在所述电动机控制所述第一螺旋桨工作时，检测所述第一螺旋桨的拉力；
所述第一电流传感器用于检测所述能源模块的输出电流；
所述压力传感器用于在所述发动机利用油箱中的燃油工作时，检测所述油箱中的燃油变化量。
可选的，在本发明实施例提供的一种可行方式中，所述发动机还包括第二输出轴，所述驱动模块还包括第二螺旋桨；
所述发动机的第二输出轴与所述第二螺旋桨连接；
所述第二螺旋桨用于根据所述发动机提供的动力，提供水平方向上的动力，并为所述发动机和所述发电机提供散热。
可选的，在本发明实施例提供的一种可行方式中，所述发动机的第一输出轴通过刚性联轴器与所述发电机连接。
可选的，在本发明实施例提供的一种可行方式中，所述能源模块还包括第二供电单元，所述采集模块还包括第二电流传感器；
所述第二供电单元与所述第一供电单元并联后形成所述能源模块的输出端；
所述第二电流传感器用于检测所述第二供电单元的输入电流和输出电流。
可选的，在本发明实施例提供的一种可行方式中，所述驱动模块还包括电子调速器；
所述能源模块的输出端与所述电子调速器连接，所述电子调速器与所述电动机连接；
所述电子调速器用于根据所述能源模块提供的动力，控制所述电动机的转速。
可选的，在本发明实施例提供的一种可行方式中，所述采集模块还包括温度传感器和转速传感器；
所述温度传感器和所述转速传感器分别用于检测所述发动机的缸头温度和转速。
可选的，在本发明实施例提供的一种可行方式中，所述第一螺旋桨的数量为4，相邻的第一两个螺旋桨的轴距大于预设值的两倍，所述预设值的计算公式包括：
Figure BDA0003616017160000031
式中，R表示预设值，rmax表示所述第一螺旋桨的最大半径，θ表示相邻的两个第一螺旋桨的轴臂夹角，n表示所述第一螺旋桨的数量。
第二方面，本发明实施例提供一种模拟分析方法，应用于如第一方面中公开的油电混动无人机的飞行数据模拟装置，所述方法包括：
实时采集所述第一螺旋桨的拉力、所述油箱中的燃油变化量及所述能源模块的电压和输出电流；
根据所述拉力确定所述第一螺旋桨的工作状态是否正常；
根据所述燃油变化量确定所述发动机的工作状态是否正常；
根据所述电压和所述输出电流确定所述电动机的工作状态是否正常。
可选的，在本发明实施例提供的一种可行方式中，所述采集模块还包括温度传感器和转速传感器，所述方法还包括：
实时采集所述发动机的缸头温度和转速；
所述根据所述燃油变化量确定所述发动机的工作状态是否正常，包括：
根据所述燃油变化量、所述缸头温度及所述转速，确定所述发动机的工作状态是否正常。
可选的，在本发明实施例提供的一种可行方式中，所述驱动模块还包括电子调速器，所述发动机包括风门、油门及起动机，所述方法还包括：
控制所述风门的状态为关闭，并设置所述油门位于最大油门位置；
当所述起动机工作预设时长以保证燃油进入后，控制所述风门的状态为开启，并设置油门预位为预设角度；
通过所述电子调速器控制所述电动机的转速逐渐增加至预设转速；
当所述电动机的转速保持预设转速预设时长，且所述发动机的缸头温度的增大量或转速的增大量超高预设值时，完成发动机的启动。
本发明实施例公开的油电混动无人机的飞行数据模拟装置中，油箱与发动机连接，发动机的第一输出轴与发电机连接，发电机与整流器连接，能源模块的输出端与电动机连接，进而在发动机根据油箱中的燃油带动其他设备运行后，即可实现油电混动无人机的飞行模拟。并且，在飞行模拟的过程中，电压传感器用于检测能源模块的电压；拉力传感器用于在电动机控制第一螺旋桨工作时，检测第一螺旋桨的拉力；第一电流传感器用于检测能源模块的输出电流；压力传感器用于在发动机利用油箱中的燃油工作时，检测燃油变化量。
由此，本发明实施例提供的油电混动无人机的飞行数据模拟装置，避开了传统无人机研究中，因无人机机身的尺寸或承重限制，导致无人机的燃油变化量和螺旋桨拉力等数据难以采集的情况，使得能采集到的无人机数据的种类更丰富。并且，将本发明实施例实际应用后，能基于采集到的丰富数据，为无人机的控制策略研究提供有效的数据支撑。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。
图1示出了本发明实施例提供的第一种油电混动无人机的飞行数据模拟装置的结构示意图；
图2示出了本发明实施例提供的第二种油电混动无人机的飞行数据模拟装置的结构示意图；
图3示出了本发明实施例提供的发动机与发电机的连接示意图；
图4示出了一种四螺旋桨结构示意图；
图5示出了本发明实施例提供的模拟分析方法的流程示意图。
主要元件符号说明：
100-油电混动无人机的飞行数据模拟装置，110-采集模块，120-能源模块，130-驱动模块，111-拉力传感器，112-第一电流传感器，113-电压传感器，114-压力传感器，115-第二电流传感器，116-温度传感器，117-转速传感器，121-油箱，122-发动机，123-第一供电单元，124-发电机，125-整流器，126-第二供电单元，131-第一螺旋桨，132-电动机，133-第二螺旋桨，134-电子调速器，201-刚性联轴器，202-第一钢柱，203-第一安装板，204-第二钢柱，205-第二安装板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
参照图1，示出了本发明实施例提供的第一种油电混动无人机的飞行数据模拟装置的结构示意图，本发明实施例提供的油电混动无人机的飞行数据模拟装置100包括采集模块110、能源模块120及驱动模块130，所述采集模块110包括拉力传感器111、第一电流传感器112、电压传感器113及压力传感器114，所述能源模块120包括油箱121、发动机122及第一供电单元123，所述驱动模块130包括第一螺旋桨131及电动机132，所述第一供电单元123包括发电机124和整流器125；
所述油箱121与所述发动机122连接，所述发动机122的第一输出轴与所述发电机124连接，所述发电机124与所述整流器125连接，所述能源模块120的输出端与所述电动机132连接；
所述电压传感器113用于检测所述能源模块120的电压；
所述拉力传感器111用于在所述电动机132控制所述第一螺旋桨131工作时，检测所述第一螺旋桨131的拉力；
所述第一电流传感器112用于检测所述第一供电单元123的输出电流；
所述压力传感器114用于在所述发动机122利用油箱121中的燃油工作时，检测所述油箱121中的燃油变化量。
可以理解的是，由于无人机机身的尺寸和重量限制，机身上难以搭载过多的传感器以进行数据检测。但对于无人机研究来说，机身上各类数据如供电单元的输出电流与电压和螺旋桨产生的拉力等等参数，均能有效表征无人机中各器件的运行状况，是无人机研究中难以忽视的数据。并且，现阶段油电混动无人机的研究逐步兴起，相比于电动无人机或油动无人机，油电混动无人机需采集更多且更复杂的数据，故导致现阶段技术下的无人机数据采集方式难以满足油电混动无人机的研究需要。
基于上述原因，本发明实施例提出了一种无人机实验台架，也即油电混动无人机的飞行数据模拟装置100。本发明实施例将无人机中的各个设备并按照预设的连接关系进行连接，进而无需进行真实的无人机飞行实验，只需使油电混动无人机的飞行数据模拟装置100中各个设备正常工作，即可实现油电混动无人机的飞行模拟。
可以理解的是，相比于在无人机机身上设置传感器，本发明实施例提供的油电混动无人机的飞行数据模拟装置100能有效地避开机身尺寸的限制，进而能以更灵活的方式采集无人机飞行过程中的各种数据。
进一步的，本发明实施提出的油电混动无人机的飞行数据模拟装置100中，采集模块110用于采集各个设备如发动机的数据，能源模块120用于向驱动模块130提供动力，以进行无人机的飞行模拟。
具体的，发动机122通过油箱121中的燃油产生动力，进而通过第一输出轴带动第一供电单元123中的发电机124，以使发电机124产生交流电。而发电机124产生的交流电通过整流器125转换为直流电后，将整流器125的输出端作为能源模块120的输出端，而能源模块120将直流电发送至电动机132，电动机132基于供电控制第一螺旋桨131旋转，以使第一螺旋桨131模拟无人机飞行时产生的推力。
而在能源模块120和驱动模块130中各个设备工作的同时，本发明实施例中的采集模块110中的各个传感器将采集各个器件工作时的数据。具体而言，如本发明实施例中第一螺旋桨131根据供电并带动电动机132运动时，拉力传感器111将检测第一螺旋桨131产生的推力；又如电压传感器113连接轴整流器125的两端，进而测得能源模块的电压；再如设置在油箱121竖直下方的称重传感器，将在发动机122利用油箱121中的燃油进行工作，使得油箱121中的燃油被消耗，因而油箱121的重量发生变化时，检测油箱121中的重量变化情况，也即燃油变化量，以表征燃油的使用情况；以及与整流器125的输出端，即与能源模块120的输出端连接的第一电流传感器112，用于检测发动机122的产生的电流大小。基于此，本发明实施例从而能完成油电混动无人机中多种数据的采集。
可选的，在本发明实施例提供的一种可行方式中，所述发电机124为永磁同步交流发电机。
可选的，在本发明实施例提供的一种可行方式中，电动机132与拉力传感器111均安装于一块安装板上。进而，当电动机132控制第一螺旋桨131旋转以带动安装板移动时，拉力传感器111检测安装板受到的力，从而确定螺旋桨产生的拉力。
可选的，为进一步模拟油电混动无人机的飞行，在本发明实施例提供的一种可行方式中，具体可参考图2，示出了本发明实施例提供的第二种油电混动无人机的飞行数据模拟装置的结构示意图，所述发动机122还包括第二输出轴，所述驱动模块还包括第二螺旋桨133；
所述发动机122的第二输出轴与所述第二螺旋桨133连接；
所述第二螺旋桨133用于根据所述发动机122提供的动力，提供水平方向上的动力，并为所述发动机122和所述发电机124提供散热。
也即，本发明实施例为进一步提高油电混动无人机的模拟真实性，故采用了双输出轴发动机122，并设置了第二螺旋桨133。基于此，使发动机122在通过第一输出轴带动发电机124以产电的同时，还将通过第二输出轴给予第二螺旋桨133相应的动力。由此，第二螺旋桨133根据发动机122提供的动力，既能提供水平方向上的推力以拟作固定翼垂起无人机的推进桨，还能将产生的风送至发动机122和发电机124，进而使发动机122和发电机124在工作过程中能够得到良好的散热。
可选的，为避免发动机122在工作状态下产生的机械振动，影响其他各个设备的正常工作，在本发明实施例提供的一种可行方式中，具体参考图3，示出了本发明实施例提供的发动机122与发电机124的连接示意图，即在此种可行方式下，本发明实施例中的所述发动机122的第一输出轴通过刚性联轴器201与所述发电机124连接。
需理解的是，现有技术中常通过采用皮带和同步带轮来完成发电机与发动机的连接。但是，在同步带轮在高速运作时，极易发生打滑现象；并且，发动机在运行过程中产生的抖动将导致皮带产生明显的跳动现象，因此导致发动机与电动机间的传动效率受到一定影响。
因此，本发明实施例使发动机122和发电机124通过刚性联轴器201连接，进而当发动机122产生抖动时，发电机124因刚性联轴器201将与发动机122一起运动，避免了发动机122和发电机124的连接断开；并且，因同轴连接，发动机122和发电机124间的传动效率进而能得到提升。
可选的，为进一步减少发动机122在工作状况下产生的机械振动对各个设备的影响，在本发明实施例提供的一种可行方式中，具体仍可参考图3，即此种实施方式下，发电机124通过第一钢柱202与第一安装板203连接，第一安装板203通过第二钢柱204与第二安装板205连接，第二安装板205与发动机122连接。在本发明实施例提供的一种可行方式中，第二安装板205与发动机122通过螺丝连接。
而第一钢柱202与第一安装板203的之间、第二钢柱204与第二安装板205的之间及第二安装板205与发电机124的之间均还通过减震垫片完成连接，即图3中包含有斜线的矩形。
基于此，本发明实施例使得发动机122和发电机124在工作时，能稳定地固定在油电混动无人机的飞行数据模拟装置100中。并且，基于减震片的设置，使得发动机122和发电机124在振动时的不良影响得以削弱。
此外，可以理解的是，图3中实际示出了共计四根钢柱，即第一安装板203左侧，刚性联轴器201上下两侧共计两根第一钢柱202；第一安装板203右侧，刚性联轴器201上下两侧共计两个第二钢柱。但还可以理解的是，本发明实施例的图3所示出的钢柱的数量并不用于对本发明实施例提供的连接方式进行限定，仅用于举例说明，钢柱的具体数量可根据实际情况设置。如在本发明实施例提供的一种优选方式中，第一钢柱202和第二钢柱的数量均为4。
本发明实施例公开的油电混动无人机的飞行数据模拟装置中，油箱121与发动机122连接，发动机122的第一输出轴与发电机124连接，发电机124与整流器125连接，能源模块的输出端与电动机132连接，进而在发动机122根据油箱121中的燃油带动其他设备运行后，即可油电混动无人机的飞行模拟。并且，在飞行模拟的过程中，电压传感器113用于检测能源模块的电压；拉力传感器111用于在电动机132控制第一螺旋桨131工作时，检测第一螺旋桨131的拉力；第一电流传感器112用于检测能源模块的输出电流；压力传感器114用于在发动机122利用油箱121中的燃油工作时，检测燃油变化量。
由此，本发明实施例提供的油电混动无人机的飞行数据模拟装置，避开了传统无人机研究中，因无人机机身的尺寸或承重限制，导致无人机的燃油变化量和螺旋桨拉力等数据难以采集的情况，使得能采集到的无人机数据的种类更丰富。并且，将本发明实施例实际应用后，能基于采集到的丰富数据，为无人机的控制策略研究提供有效的数据支撑。
可选的，为使能以能源模块120的输出端所输出的电压更稳定，在本发明实施例提供的一种可行方式中，具体仍可参考图2，即在此种可行方式中，所述能源模块120还包括第二供电单元126，所述采集模块110还包括第二电流传感器115；
所述第二供电单元126与所述第一供电单元123并联后形成所述能源模块的输出端；
所述第二电流传感器115用于检测所述第二供电单元126的输入电流和输出电流。
也即，本发明实施例为使第一供电单元123的整流器125的输出电压更稳定，设置了与整流器125并联的第二供电单元126，进而当驱动模块130的需求功率大于第一供电单元123的输出功率时，第一供电单元123和第二供电单元126一并向驱动模块130供电。并且，当第一供电单元123的输出电压下降，第二供电单元126将相应的提高输出电压，以保证能源模块120的输出端的输出电压稳定。
进一步的，本发明实施例在第二供电单元126的设计基础上，还相应的设置了第二电流传感器115，从而检测第二供电单元126的输入电流和输出电流，并基于此明确第一供电单元123和第二供电单元126的电流输出关系。
进一步的，为提高能源的利用率并加进一步提高油电混动无人机的飞行数据模拟装置100的模拟真实性，在本发明实施例提供的一种可行方式中，所述第二供电单元126包括电池。而基于电池的设计，当负载，即驱动模块130的需求功率小于第一供电单元123的输出功率时，第一供电单元123对电池进行充电。并且，电池还可用于在发动机122意外停止工作时，作为无人机紧急迫降的动力电源。
可选的，在本发明实施例提供的一种可行方式中，所述电池为锂离子电池。
可选的，为提高油电混动无人机的飞行数据模拟装置100的模拟真实性和可控性，在本发明实施例提供的一种可行方式中，所述驱动模块130还包括电子调速器134；
所述能源模块120的输出端与所述电子调速器134连接，所述电子调速器134与所述电动机132连接；
所述电子调速器134用于根据所述能源模块120提供的动力，控制所述电动机132的转速。
也即，本发明实施例额外设置了与电动机132连接电子调速器134的电子调速器134，进而电子调速器134在根据能源模块120提供的动力正常工作的过程中，若收到相应的控制信号，将向电动机132发送相应的PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号，由此完成电动机132的转速调节。
可选的，为丰富本发明实施例所能采集的数据种类，在本发明实施例提供的一种可行方式中，具体仍可参考图2，即此种实施方式中下，所述采集模块110还包括温度传感器116和转速传感器117；
所述温度传感器116和所述转速传感器117分别用于检测所述发动机122的缸头温度和转速。
也即，本发明实施例还额外设置温度传感器116和转速传感器117，以在发动机122正常工作时，能采集到的发动机122的缸头温度和转速。
进一步的，在本发明实施例提供的一种优选方式中，电动机132中预先设计有霍尔转速传感器117。在一种可行方式中，霍尔转速传感器117用于在发动机122的输出轴每转一周时产生一个脉冲信号，并以每5个脉冲为一个周期，经过相应计算以发动机122的转速。
而在本发明实施例提供的一种优选方式中，温度传感器116安装在发动机122的气缸扇热片上，用于将感知温度而形成的模拟信号转化为数字信号，并将数字信号发送至相应的处理设备后，以使处理设备数字信号进行处理进而得到缸头温度。
可选的，为提高油电混动无人机的飞行数据模拟装置100的模拟真实性，在本发明实施例提供的一种可行方式中，所述第一螺旋桨131的数量为4，相邻的第一两个螺旋桨的轴距大于预设值的两倍，所述预设值的计算公式包括：
Figure BDA0003616017160000131
式中，R表示预设值，rmax表示所述第一螺旋桨131的最大半径，θ表示相邻的两个第一螺旋桨131的轴臂夹角，n表示所述第一螺旋桨131的数量。
需理解的是，无人机的各个螺旋桨通常会间隔一定距离，以避免相邻螺旋桨之间因受互相的气流而受影响。而在本发明实施例提供的油电混动无人机的飞行数据模拟装置100，同样需对螺旋桨的位置进行设置，以保证模拟真实性，同时避免拉力传感器111的数据检测不稳定。
进一步的，请参考图4，示出了一种四螺旋桨结构示意图。其中，实线圆由rmax作出，表明螺旋桨所在位置，虚线圆表示任意一个第一螺旋桨131所产生的风力的影响范围。
进一步的，当第一螺旋桨131的数量为4时，为提高本发明实施例提供的油电混动无人机的飞行数据模拟装置100的可控性和模拟真实性，并能采集每个第一螺旋桨131的拉力，在本发明实施例提供的一种可行方式中，电动机132和拉力传感器111的数量均为4。
可选的，在本发明实施例提供的一种可行方式中，为提高本发明实施例提供的电混动无人机的飞行数据模拟装置的模拟真实性，需使驱动模块130和采集模块110及其他的控制器件的重量小于起飞重量的2/3。
与本发明实施例提供的油电混动无人机的飞行数据模拟装置相对应的，本发明实施例还提供一种模拟分析方法，具体请参照图5，示出了本发明实施例提供的模拟分析方法的流程示意图。本发明实施例提供的模拟分析方法应用于如图1所述的油电混动无人机的飞行数据模拟装置，所述方法包括：
S210，实时采集所述第一螺旋桨的拉力、所述油箱中的燃油变化量及所述能源模块的电压和输出电流；
S220，根据所述拉力确定所述第一螺旋桨的工作状态是否正常；
S230，根据所述油箱燃油变化量确定所述发动机的工作状态是否正常；
S240，根据所述电压和所述输出电流确定所述电动机的工作状态是否正常。
也即，本发明实施例提供将根据如图1所述的油电混动无人机的飞行数据模拟装置中的采集模块，实时采集油电混动无人机的飞行数据模拟装置中驱动模块和能源模块中各个设备的数据；接着，在得到各个设备的数据后，根据数据确定对应的设备的工作状态。
可以理解的是，螺旋桨的工作效率不仅与桨的直径有关，还与螺旋桨转速有关，且螺旋桨的转速存在的效率最高转速区间。发电机、电动机和发动机也存在相应的高效工作区间，发动机还存在着燃油经济区。因此，本发明实施例除将通过采集的数据确定各个设备的工作状态是否正常外，还能用于分析各个设备的高效工作区间。
进一步的，在一种可行的方式中，为采集更多且复杂的数据，所述方法还包括：根据预设时长内油箱的燃油变化量，计算发动机的燃油消耗率；利用能源模块的电压和电动机的电流，确定电动机的功率。
本发明实施例提供的模拟分析方法中，油电混动无人机的飞行数据模拟装置中的采集模块实时采集油箱第一螺旋桨的拉力、油箱中的燃油变化量及油箱能源模块的电压和输出电流，进而基于实时采集油箱第一螺旋桨的拉力、燃油变化量及油箱能源模块的电压和输出电流，确定发动机及电动机的工作状态是否均正常。
由此，相对于现有技术，本发明实施例基于油电混动无人机的飞行数据模拟装置，采集到了油电混动无人机中更丰富的数据，进而为相应的数据分析提供了有效支撑。并且，在将本发明实施例实际应用后，还能根据采集到的丰富数据，为油电混动无人机的能量管理策略设计提供有效的数据支撑，不仅如此，还能用于在研究无人机在起飞、悬停、巡航、降落时功率流的动力分配的过程中，验证不同的能量管理策略和发动机控制策略的优缺点。
可选的，在本发明实施例提供的一种可行方式中，所述采集模块还包括温度传感器和转速传感器，所述方法还包括：
实时采集所述发动机的缸头温度和转速；
所述根据所述燃油变化量确定所述发动机的工作状态是否正常，包括：
根据所述燃油变化量、所述缸头温度及所述转速，确定所述发动机的工作状态是否正常。
也即，本发明实施例还将根据温度传感器和转速传感器采集发动机的缸头温度和转速，进而还将通过缸头温度和转速确定发动机的工作状态是否正常。可以理解的是，缸头温度过高将导致发动机爆缸。
可选的，在本发明实施例提供的一种可行方式中，所述驱动模块还包括电子调速器，所述发动机包括风门、油门及起动机，所述方法还包括：
控制所述风门的状态为关闭，并设置所述油门位于最大油门位置；
当所述起动机工作预设时长以保证燃油进入后，控制所述风门的状态为开启，并设置油门预位为预设角度；
通过所述电子调速器控制所述电动机的转速至预设转速；
当所述电动机的转速保持预设转速预设时长，且所述发动机的缸头温度的增大量或转速的增大量超高预设值时，完成发动机的启动。
也即，本发明实施例为使发动机能正常启动，以使发动机能正确带动其他设备运作，提供了一种启动发动机方式。需说明的是，现有的二冲程航模发动机的启动方法通常是采用手拨桨叶启动的方式和起动机恒定转速启动。前者方法具有一定的危险性，后者采用的恒定转速的启动，容易导致从动轮的单向轴承打滑，无法顺利启动。
而本发明实施例基于电子调速器和采集到的转速，以通过电子调速器调整占空比，进而使得发动机的转速逐步提升至预设转速，由此提高了发动机中的单向轴承的使用时间，从而提高了发动机顺利的启动成功率。
在本发明实施例提供的一种优选方式中，本发明实施例首先控制风门关闭，并使油门位于最大油门位置；接着，当起动机工作5秒，以保证燃油已顺利进入后，控制风门开启，并设置油门预位为15度角；然后，基于电子调速器，使得发动机中的起动机的转速逐渐提升至2500rmp，并在到达2500rmp并持续10s后，关闭起动机；最后，检测缸头温度或转速是否出现阶跃现象，即缸头温度的增大量或转速的增大量超高预设值，若出现，则表明发动机顺利启动。
而若未出现，则再次启动起动机，控制起动机的转速逐渐提升至2500rmp并持续10s，关闭起动机以重复检测阶跃现象是否出现。若连续5次均未出现阶跃现象，则表明发动机故障。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和结构图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，结构图和/或流程图中的每个方框、以及结构图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是智能手机、个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
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，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种油电混动无人机的飞行数据模拟装置，其特征在于，所述飞行数据模拟装置包括采集模块、能源模块及驱动模块，所述采集模块包括拉力传感器、第一电流传感器、电压传感器及压力传感器，所述能源模块包括油箱、发动机及第一供电单元，所述驱动模块包括第一螺旋桨及电动机，所述第一供电单元包括发电机和整流器；
所述油箱与所述发动机连接，所述发动机的第一输出轴与所述发电机连接，所述发电机与所述整流器连接，所述能源模块的输出端与所述电动机连接；
所述电压传感器用于检测所述能源模块的电压；
所述拉力传感器用于在所述电动机控制所述第一螺旋桨工作时，检测所述第一螺旋桨的拉力；
所述第一电流传感器用于检测所述能源模块的输出电流；
所述压力传感器用于在所述发动机利用油箱中的燃油工作时，检测所述油箱中的燃油变化量。
2.根据权利要求1所述的油电混动无人机的飞行数据模拟装置，其特征在于，所述发动机还包括第二输出轴，所述驱动模块还包括第二螺旋桨；
所述发动机的第二输出轴与所述第二螺旋桨连接；
所述第二螺旋桨用于根据所述发动机提供的动力，提供水平方向上的动力，并为所述发动机和所述发电机提供散热。
3.根据权利要求1所述的油电混动无人机的飞行数据模拟装置，其特征在于，所述发动机的第一输出轴通过刚性联轴器与所述发电机连接。
4.根据权利要求1所述的油电混动无人机的飞行数据模拟装置，其特征在于，所述能源模块还包括第二供电单元，所述采集模块还包括第二电流传感器；
所述第二供电单元与所述第一供电单元并联后形成所述能源模块的输出端；
所述第二电流传感器用于检测所述第二供电单元的输入电流和输出电流。
5.根据权利要求1所述的油电混动无人机的飞行数据模拟装置，其特征在于，所述驱动模块还包括电子调速器；
所述能源模块的输出端与所述电子调速器连接，所述电子调速器与所述电动机连接；
所述电子调速器用于根据所述能源模块提供的动力，控制所述电动机的转速。
6.根据权利要求1所述的油电混动无人机的飞行数据模拟装置，其特征在于，所述采集模块还包括温度传感器和转速传感器；
所述温度传感器和所述转速传感器分别用于检测所述发动机的缸头温度和转速。
7.根据权利要求1所述的油电混动无人机的飞行数据模拟装置，其特征在于，所述第一螺旋桨的数量为4，相邻的第一两个螺旋桨的轴距大于预设值的两倍，所述预设值的计算公式包括：
Figure FDA0003616017150000021
式中，R表示预设值，rmax表示所述第一螺旋桨的最大半径，θ表示相邻的两个第一螺旋桨的轴臂夹角，n表示所述第一螺旋桨的数量。
8.一种模拟分析方法，其特征在于，应用于如权利要求1所述的油电混动无人机的飞行数据模拟装置，所述方法包括：
实时采集所述第一螺旋桨的拉力、所述油箱中的燃油变化量及所述能源模块的电压和输出电流；
根据所述拉力确定所述第一螺旋桨的工作状态是否正常；
根据所述燃油变化量确定所述发动机的工作状态是否正常；
根据所述电压和所述输出电流确定所述电动机的工作状态是否正常。
9.根据权利要求8所述的模拟分析方法，其特征在于，所述采集模块还包括温度传感器和转速传感器，所述方法还包括：
实时采集所述发动机的缸头温度和转速；
所述根据所述燃油变化量确定所述发动机的工作状态是否正常，包括：
根据所述燃油变化量、所述缸头温度及所述转速，确定所述发动机的工作状态是否正常。
10.根据权利要求9所述的模拟分析方法，其特征在于，所述驱动模块还包括电子调速器，所述发动机包括风门、油门及起动机，所述方法还包括：
控制所述风门的状态为关闭，并设置所述油门位于最大油门位置；
当所述起动机工作预设时长以保证燃油进入后，控制所述风门的状态为开启，并设置油门预位为预设角度；
通过所述电子调速器控制所述电动机的转速逐渐增加至预设转速；
当所述电动机的转速保持预设转速预设时长，且所述发动机的缸头温度的增大量或转速的增大量超高预设值时，完成发动机的启动。
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