CN116107347B - 一种活塞动力无人机验证最大航程指标的试飞规划方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种活塞动力无人机验证最大航程指标的试飞规划方法，涉及无人机设计领域，包括：步骤S1：根据无人机参数，计算理论油耗量和起飞加油量；步骤S2：获取实飞航程数据；步骤S3：着陆后放出机内燃油；步骤S4：根据起飞加油量和着陆后放出的机内燃油量，计算实飞的耗油量；步骤S5：根据实飞的耗油量和理论耗油量，判断是否满足无人机最大航程指标；本发明，利用试飞无人机中间重量对应的百公里油耗代表全航程平均百公里油耗的原理，得出无人机的最大航程数据，从而缩短飞行验证时间，并考虑备份燃油，达到符合实际情况、航程数据准确可用的目标。

Description

一种活塞动力无人机验证最大航程指标的试飞规划方法
技术领域
本发明涉及无人机设计领域，具体涉及一种活塞动力无人机验证最大航程指标的试飞规划方法。
背景技术
本节中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。
无人机设计主要是围绕着实现其性能与使用特性要求而展开的；因此，性能与使用特性的要求与目标的制定以及随后的设计，对于无人机而言，是至关重要的；在所有性能指标中，最大航程和最大航时是绝大多数无人机最重要的特性，特别是对强调商载类的无人机，如运输/投送货物类无人机，航程远代表无人机活动范围广，经济效率好，所以最大航程指标尤为重要；如果达不到期望航程，将会影响到整个项目的研发进度。
无人机飞行剖面主要包括起飞、爬升、巡航、下滑、着陆等航段内所有飞行过程；最大航程是沿预定航线耗尽其可用燃油所经过的水平距离，航段包括爬升、巡航和下滑，其中巡航阶段占主要部分，而对于以活塞发动机为动力的无人机，百公里燃油消耗与飞行重量基本上呈线性关系，因此，可以利用中间重量的百公里油耗来表示巡航全过程的综合平均百公里油耗，即无人机中间重量对应的航程可以代表最大航程指标。
最大航程指标验证方法中，最直接的手段是试飞验证；但是，由于多数无人机最大航程较大、无人机空域受限、试飞时间受限等客观因素，无人机往往无法实飞完全部航程。
同时，任务用油有飞行剖面用油和备份燃油构成；飞行剖面用油为各个飞行航段油耗之和，对应最大航程指标用油；备份燃油则按有关适航或者其他标准规定，不算作最大航程指标用油。
发明内容
本发明的目的在于：对于以活塞发动机为动力的无人机，在试飞空域、试飞留空时间受限的客观条件下，如何既保证试飞数据准确可用，又仅利用有限的试飞空域和留空时间，通过科学合理的试飞规划，得到试飞无人机准确的最大航程数据的问题，提供了一种活塞动力无人机验证最大航程指标的试飞规划方法，利用试飞无人机中间重量对应的百公里油耗代表全航程平均百公里油耗的原理，得出无人机的最大航程数据，从而缩短飞行验证时间，并考虑备份燃油，达到符合实际情况，航程数据准确可用的目标，从而解决了上述问题。
本发明的技术方案如下：
一种活塞动力无人机验证最大航程指标的试飞规划方法，包括：
步骤S1：根据无人机参数，计算理论油耗量和起飞加油量；
步骤S2：获取实飞航程数据；
步骤S3：着陆后放出机内燃油；
步骤S4：根据起飞加油量和着陆后放出的机内燃油量，计算实飞的耗油量；
步骤S5：根据实飞的耗油量和理论耗油量，判断是否满足无人机最大航程指标。
进一步地，所述无人机参数，包括：
无人机最大航程指标
Figure SMS_1
、无人机最大加油量/>
Figure SMS_2
、备份燃油量/>
Figure SMS_3
、试飞规划的飞行航程/>
Figure SMS_4
、无人机实时飞行速度/>
Figure SMS_5
、无人机飞行时长t。
进一步地，所述步骤S1，包括：
步骤S11：根据无人机最大加油量
Figure SMS_6
、备份燃油量/>
Figure SMS_7
、无人机最大航程指标/>
Figure SMS_8
，计算无人机最大航程指标对应的单位航程油耗率；
步骤S12：根据单位航程油耗率和试飞规划的飞行航程
Figure SMS_9
，计算试飞规划的飞行航程的理论耗油量；
步骤S13：根据无人机最大加油量
Figure SMS_10
、备份燃油量/>
Figure SMS_11
、试飞规划的飞行航程/>
Figure SMS_12
、无人机最大航程指标/>
Figure SMS_13
，计算起飞加油量。
进一步地，所述步骤S11，包括：
Figure SMS_14
其中：
q为无人机最大航程指标对应的单位航程油耗率。
进一步地，所述步骤S12，包括：
Figure SMS_15
其中：
Figure SMS_16
为试飞规划的飞行航程的理论耗油量。
进一步地，所述步骤S13，包括：
Figure SMS_17
其中：
Figure SMS_18
为起飞加油量。
进一步地，所述步骤S2，包括：
从起飞离地时刻
Figure SMS_19
开始到着陆接地时刻/>
Figure SMS_20
结束，通过实时飞行速度/>
Figure SMS_21
随时间积分得到航程数据，所述航程数据，包括：飞行过程内实飞总航程；
要求飞行过程内实飞总航程小于或等于试飞规划的飞行航程。
进一步地，所述飞行过程内实飞总航程通过如下公式计算得到：
Figure SMS_22
其中：
Figure SMS_23
为飞行过程内实飞总航程。
进一步地，所述步骤S4，包括：
Figure SMS_24
其中：
Figure SMS_25
为实飞的耗油量；
Figure SMS_26
为着陆后放出的机内燃油量。
进一步地，所述步骤S5，包括：
若实飞的耗油量
Figure SMS_27
理论耗油量，则无人机最大航程指标可以达到；反之，则无人机最大航程指标不满足。
与现有的技术相比本发明的有益效果是：
1、一种活塞动力无人机验证最大航程指标的试飞规划方法，基于实飞验证，可以不用实飞完全部航程，缩短飞行验证时间，数据准确可用。
2、一种活塞动力无人机验证最大航程指标的试飞规划方法，在试飞空域时间空间限制的条件下，明确了起飞加油量，规划了试飞全过程，对实飞航程提出约束，并提出无人机最大航程指标是否达标的条件，过程完整，条件清晰，判据可行。
3、一种活塞动力无人机验证最大航程指标的试飞规划方法，考虑了备份燃油的情况，备份燃油可以按有关适航或者其他标准规定，适用性广，普适性强。
4、一种活塞动力无人机验证最大航程指标的试飞规划方法，适用于以活塞发动机为动力的无人机。
附图说明
图1为一种活塞动力无人机验证最大航程指标的试飞规划方法的流程图；
图2为飞行剖面与实飞总航程
Figure SMS_28
定义示意图。
具体实施方式
需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
下面结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例一
请参阅图1和图2，一种活塞动力无人机验证最大航程指标的试飞规划方法，具体包括如下步骤：
步骤S1：根据无人机参数，计算理论油耗量和起飞加油量；即将无人机参数作为输入参数计算理论油耗量和起飞加油量；
步骤S2：获取实飞航程数据；
步骤S3：着陆后放出机内燃油；
步骤S4：根据起飞加油量和着陆后放出的机内燃油量，计算实飞的耗油量；
步骤S5：根据实飞的耗油量和理论耗油量，判断是否满足无人机最大航程指标。
在本实施例中，具体的，所述无人机参数，包括：
无人机最大航程指标
Figure SMS_29
，单位：千米；
无人机最大加油量
Figure SMS_30
，单位：千克；
备份燃油量
Figure SMS_31
，按有关适航或者其他标准规定，单位：千克；
试飞规划的飞行航程
Figure SMS_32
（受试飞空域和空间限制），单位：千米；
无人机实时飞行速度
Figure SMS_33
，单位：千米/小时；
无人机飞行时长t，单位：小时。
在本实施例中，具体的，所述步骤S1，包括：
步骤S11：根据无人机最大加油量
Figure SMS_34
、备份燃油量/>
Figure SMS_35
、无人机最大航程指标/>
Figure SMS_36
，计算无人机最大航程指标对应的单位航程油耗率；
步骤S12：根据单位航程油耗率和试飞规划的飞行航程
Figure SMS_37
，计算试飞规划的飞行航程的理论耗油量；
步骤S13：根据无人机最大加油量
Figure SMS_38
、备份燃油量/>
Figure SMS_39
、试飞规划的飞行航程/>
Figure SMS_40
、无人机最大航程指标/>
Figure SMS_41
，计算起飞加油量。
在本实施例中，具体的，所述步骤S11，包括：
Figure SMS_42
其中：
q为无人机最大航程指标对应的单位航程油耗率，单位：千克/千米；
Figure SMS_43
为无人机最大加油量；
Figure SMS_44
备份燃油；
Figure SMS_45
无人机最大航程指标；
在本实施例中，具体的，所述步骤S12，包括：
Figure SMS_46
其中：
Figure SMS_47
为试飞规划的飞行航程的理论耗油量，单位：千克；
Figure SMS_48
为试飞规划的飞行航程。
在本实施例中，具体的，所述步骤S13，包括：
Figure SMS_49
其中：
Figure SMS_50
为起飞加油量，单位：千克。
在本实施例中，具体的，所述步骤S2，包括：
从起飞离地时刻
Figure SMS_51
开始到着陆接地时刻/>
Figure SMS_52
结束，通过实时飞行速度/>
Figure SMS_53
随时间积分得到航程数据，所述航程数据，包括：飞行过程内实飞总航程；
需要说明的是，其中巡航阶段的高度选用远航高度（有利航程高度），巡航阶段的速度选用远航速度（有利航程速度）；
要求飞行过程内实飞总航程小于或等于试飞规划的飞行航程，优选地，要求飞行过程内实飞总航程接近但不大于试飞规划的飞行航程；例如：取试飞规划的飞行航程的0.95~1倍之间，即要求
Figure SMS_54
。
在本实施例中，具体的，所述飞行过程内实飞总航程通过如下公式计算得到：
Figure SMS_55
其中：
Figure SMS_56
为飞行过程内实飞总航程，单位：千米。
在本实施例中，具体的，所述步骤S4，包括：
Figure SMS_57
其中：
Figure SMS_58
为实飞的耗油量，单位：千克；
Figure SMS_59
为着陆后放出的机内燃油量，单位：千克。
在本实施例中，具体的，所述步骤S5，包括：
若实飞的耗油量
Figure SMS_60
理论耗油量，即/>
Figure SMS_61
，则无人机最大航程指标可以达到；反之，则无人机最大航程指标不满足。
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。
提供本背景技术部分是为了大体上呈现本发明的上下文，当前所署名的发明人的工作、在本背景技术部分中所描述的程度上的工作以及本部分描述在申请时尚不构成现有技术的方面，既非明示地也非暗示地被承认是本发明的现有技术。

Claims (5)

1.一种活塞动力无人机验证最大航程指标的试飞规划方法，其特征在于，包括：
步骤S1：根据无人机参数，计算理论油耗量和起飞加油量；
步骤S2：获取实飞航程数据；
步骤S3：着陆后放出机内燃油；
步骤S4：根据起飞加油量和着陆后放出的机内燃油量，计算实飞的耗油量；
步骤S5：根据实飞的耗油量和理论耗油量，判断是否满足无人机最大航程指标；
所述无人机参数，包括：
无人机最大航程指标
Figure QLYQS_1
、无人机最大加油量/>
Figure QLYQS_2
、备份燃油量/>
Figure QLYQS_3
、试飞规划的飞行航程/>
Figure QLYQS_4
、无人机实时飞行速度/>
Figure QLYQS_5
、无人机飞行时长t；
所述步骤S1，包括：
步骤S11：根据无人机最大加油量
Figure QLYQS_6
、备份燃油量/>
Figure QLYQS_7
、无人机最大航程指标/>
Figure QLYQS_8
，计算无人机最大航程指标对应的单位航程油耗率；
步骤S12：根据单位航程油耗率和试飞规划的飞行航程
Figure QLYQS_9
，计算试飞规划的飞行航程的理论耗油量；
步骤S13：根据无人机最大加油量
Figure QLYQS_10
、备份燃油量/>
Figure QLYQS_11
、试飞规划的飞行航程/>
Figure QLYQS_12
、无人机最大航程指标/>
Figure QLYQS_13
，计算起飞加油量；
所述步骤S13，包括：
Figure QLYQS_14
其中：
Figure QLYQS_15
为起飞加油量；
所述步骤S2，包括：
从起飞离地时刻
Figure QLYQS_16
开始到着陆接地时刻/>
Figure QLYQS_17
结束，通过实时飞行速度/>
Figure QLYQS_18
随时间积分得到航程数据，所述航程数据，包括：飞行过程内实飞总航程；
要求飞行过程内实飞总航程小于或等于试飞规划的飞行航程；
所述步骤S5，包括：
若实飞的耗油量
Figure QLYQS_19
理论耗油量，则无人机最大航程指标可以达到；反之，则无人机最大航程指标不满足。
2.根据权利要求1所述的一种活塞动力无人机验证最大航程指标的试飞规划方法，其特征在于，所述步骤S11，包括：
Figure QLYQS_20
其中：
q为无人机最大航程指标对应的单位航程油耗率。
3.根据权利要求1所述的一种活塞动力无人机验证最大航程指标的试飞规划方法，其特征在于，所述步骤S12，包括：
Figure QLYQS_21
其中：
Figure QLYQS_22
为试飞规划的飞行航程的理论耗油量。
4.根据权利要求1所述的一种活塞动力无人机验证最大航程指标的试飞规划方法，其特征在于，所述飞行过程内实飞总航程通过如下公式计算得到：
Figure QLYQS_23
其中：
Figure QLYQS_24
为飞行过程内实飞总航程。
5.根据权利要求1所述的一种活塞动力无人机验证最大航程指标的试飞规划方法，其特征在于，所述步骤S4，包括：
Figure QLYQS_25
其中：
Figure QLYQS_26
为实飞的耗油量；
Figure QLYQS_27
为着陆后放出的机内燃油量。
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