CN117494302A - 一种基于飞机气动特性给出阻力伞使用侧风限制的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于飞机气动特性给出阻力伞使用侧风限制的方法，属于无人机技术领域，其特征在于，包括以下步骤：a、获取无人机各项参数；b、通过风洞试验或CFD仿真获取无人机地面状态下气动特性参数；c、获取阻力伞的阻力系数CDZLS和阻力伞的面积SZLS；d、计算确定无人机姿态；e、评估状态选取，选取地速Vd和方向舵对无人机的纠偏速度V1相同，给定一个侧风风速Vw，计算出侧风存在时无人机产生的侧滑角β；f、计算无人机重心与阻力伞舱出口距离L，计算阻力伞作用于无人机的阻力系数CD伞，计算方向舵偏度δr；g、侧风限制判断。本发明能够快速计算出阻力伞使用侧风限制分析结果，分析效率高，能够有效提高无人机飞行安全性。

Description

一种基于飞机气动特性给出阻力伞使用侧风限制的方法
技术领域
本发明涉及到无人机技术领域，尤其涉及一种基于飞机气动特性给出阻力伞使用侧风限制的方法。
背景技术
目前无人机无论在军用领域还是民用领域均得到了广泛的应用，无人机着陆阶段是其整个飞行过程中最关键的阶段之一，一般在着陆时无人机仍保持有较高的速度，阻力伞是用于减小飞机着陆时滑跑距离的装置。在无人机地面滑跑阶段要求其能够沿跑道的中心线滑跑，但由于不可避免地存在非理想情况下的不对称因素，如阻力伞的不对称和侧风扰动，这些因素都会导致无人机在着陆滑跑时出现相对跑道中心线的侧向偏差。因此需要对阻力伞使用时的侧风进行限制，避免无人机偏离跑道中心线过多而冲出跑道。
公开号为CN109917812A，公开日为2019年06月21日的中国专利文献公开了一种高空高速无人机着陆接地状态控制方法，具有如下技术特征：高空高速自主起降式无人机着陆控制系统通过飞控计算机采集差分GPS、惯导GPS、大气机1、大气机2、无线电高度表1和无线电高度表2的高度值及有效性信号，判断设备是否有故障，是则设置差分GPS、惯导GPS、无线电高度表1、无线电高度表2、大气机1和大气机2的高度信息有效位信息，否则返回判断设备是否有故障；根据差分GPS、惯导GPS的高度值及有效性信号，判断是否有一个高度源有效，若判断高度有效，则判断是否在高度门限内，若判断在高度门限内，则连续5拍采集左、右主起轮载传感器信号，然后判断轮载是否连续5拍为真，若判断连续5拍为真，则设置着陆接地状态标志后，采集地面测控站指令，若判断连续5拍不为真，则直接采集地面测控站指令，若判断不在高度门限内，则直接采集地面测控站指令，若判断高度无效，则跳过是否在高度门限内的判断，直接连续5拍采集左、右主起轮载传感器信号；地面测控站根据机载图象设备、目视观察的结果发出接地指令，飞控计算机控制阻力伞控制盒、发动机电调、机腹减速板舵机控制器、左、右减速板舵机控制器和刹车控制盒的状态进行着陆接地状态操作。
该专利文献公开的高空高速无人机着陆接地状态控制方法，能够实现在极小的范围内实现无人机的自主起降。但是，由于未对阻力伞使用时的侧风限制进行分析，因而不能够有效保障无人机飞行安全性。
发明内容
本发明为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种基于飞机气动特性给出阻力伞使用侧风限制的方法，本发明能够快速计算出阻力伞使用侧风限制分析结果，分析效率高，能够有效提高无人机飞行安全性。
本发明通过下述技术方案实现：
一种基于飞机气动特性给出阻力伞使用侧风限制的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、根据无人机布局获取无人机各项参数；
b、通过风洞试验或CFD仿真获取无人机地面状态下气动特性参数；
c、获取阻力伞的阻力系数CDZLS和阻力伞的面积SZLS；
d、通过式1和式2计算确定无人机姿态；
其中，Vd为地速，Vk为空速，Vw为侧风风速，β为侧风存在时无人机产生的侧滑角；
e、评估状态选取，选取地速Vd和方向舵对无人机的纠偏速度V1相同，给定一个侧风风速Vw，计算出侧风存在时无人机产生的侧滑角β；
f、通过式3计算无人机重心与阻力伞舱出口距离L，通过式4计算阻力伞作用于无人机的阻力系数CD伞，通过式5计算方向舵偏度δr；
L＝XZLS-XG 式3
CD伞＝CDZLS*SZLS/S 式4
Cnβ·β+CD伞*sinβ*L/b+Cnδr*δr＝0 式5
其中，L为无人机重心与阻力伞舱出口距离，XZLS为阻力伞舱出口位置，XG为重心位置，CD伞为阻力伞作用于无人机的阻力系数，CDZLS为阻力伞的阻力系数，SZLS为阻力伞的面积，S为机翼面积，Cnβ为无人机偏航力矩系数对侧滑角的导数，β为侧风存在时无人机产生的侧滑角，b为机翼展长，Cnδr为方向舵舵面效率，δr为方向舵偏度。
g、侧风限制判断。
所述步骤a中，无人机各项参数包括机翼面积S、机翼展长b、重心位置XG和阻力伞舱出口位置XZLS。
所述步骤b中，无人机地面状态下气动特性参数是指无人机偏航力矩系数对侧滑角的导数Cnβ。
所述步骤g中，侧风限制判断具体是指若方向舵偏度δr不超过方向舵使用限制，则步骤e给定的侧风风速Vw下使用阻力伞。
本发明所述CFD仿真是指计算流体动力学仿真。
本发明的基本原理如下：
获取无人机各项参数、气动特性参数及阻力伞参数，当存在侧风时，根据侧风风速、空速和地速之间的矢量关系得到侧风存在时无人机产生的侧滑角。无人机产生侧滑角，阻力伞偏离中心线，通过偏转方向舵保证无人机直线滑跑，根据全机偏航力矩平衡求解方向舵偏度，保证方向舵纠偏使用角度不超过方向舵使用限制，就能够获得阻力伞使用侧风限制。
本发明的有益效果主要表现在以下方面：
1、本发明，a、获取无人机各项参数；b、通过风洞试验或CFD仿真获取无人机地面状态下气动特性参数；c、获取阻力伞的阻力系数CDZLS和阻力伞的面积SZLS；d、计算确定无人机姿态；e、评估状态选取，选取地速Vd和方向舵对无人机的纠偏速度V1相同，给定一个侧风风速Vw，计算出侧风存在时无人机产生的侧滑角β；f、计算无人机重心与阻力伞舱出口距离L，计算阻力伞作用于无人机的阻力系数CD伞，计算方向舵偏度δr；g、侧风限制判断。较现有技术而言，能够快速计算出阻力伞使用侧风限制分析结果，分析效率高，能够有效提高无人机飞行安全性。
2、本发明，能够将计算过程编写为程序代码，快速计算出阻力伞使用侧风限制的分析结果，实用性好，具有极大的推广应用价值。
3、本发明，通过将公式编写成代码，每次输入侧风风速就能够快速得到方向舵偏度，判断该侧风风速能否使用阻力伞，获得阻力伞使用侧风限制，大量节省了数据分析处理时间。
4、本发明，整个计算过程简单易行，适用性好。
附图说明
下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的具体说明：
图1为本发明有风时无人机速度及阻力伞状态示意图；
图中标记：L、无人机重心与阻力伞舱出口距离，XZLS、阻力伞舱出口位置，XG、重心位置，b、机翼展长，Vd、地速，Vk、空速，Vw、侧风风速，β、侧风存在时无人机产生的侧滑角。
具体实施方式
实施例1
参见图1，一种基于飞机气动特性给出阻力伞使用侧风限制的方法，包括以下步骤：
a、根据无人机布局获取无人机各项参数；
b、通过风洞试验或CFD仿真获取无人机地面状态下气动特性参数；
c、获取阻力伞的阻力系数CDZLS和阻力伞的面积SZLS；
d、通过式1和式2计算确定无人机姿态；
其中，Vd为地速，Vk为空速，Vw为侧风风速，β为侧风存在时无人机产生的侧滑角；
e、评估状态选取，选取地速Vd和方向舵对无人机的纠偏速度V1相同，给定一个侧风风速Vw，计算出侧风存在时无人机产生的侧滑角β；
f、通过式3计算无人机重心与阻力伞舱出口距离L，通过式4计算阻力伞作用于无人机的阻力系数CD伞，通过式5计算方向舵偏度δr；
L＝XZLS-XG 式3
CD伞＝CDZLS*SZLS/S 式4
Cnβ·β+CD伞*sinβ*L/b+Cnδr*δr＝0 式5
其中，L为无人机重心与阻力伞舱出口距离，XZLS为阻力伞舱出口位置，XG为重心位置，CD伞为阻力伞作用于无人机的阻力系数，CDZLS为阻力伞的阻力系数，SZLS为阻力伞的面积，S为机翼面积，Cnβ为无人机偏航力矩系数对侧滑角的导数，β为侧风存在时无人机产生的侧滑角，b为机翼展长，Cnδr为方向舵舵面效率，δr为方向舵偏度。
g、侧风限制判断。
本实施例为最基本的实施方式，能够快速计算出阻力伞使用侧风限制分析结果，分析效率高，能够有效提高无人机飞行安全性。
实施例2
参见图1，一种基于飞机气动特性给出阻力伞使用侧风限制的方法，包括以下步骤：
a、根据无人机布局获取无人机各项参数；
b、通过风洞试验或CFD仿真获取无人机地面状态下气动特性参数；
c、获取阻力伞的阻力系数CDZLS和阻力伞的面积SZLS；
d、通过式1和式2计算确定无人机姿态；
其中，Vd为地速，Vk为空速，Vw为侧风风速，β为侧风存在时无人机产生的侧滑角；
e、评估状态选取，选取地速Vd和方向舵对无人机的纠偏速度V1相同，给定一个侧风风速Vw，计算出侧风存在时无人机产生的侧滑角β；
f、通过式3计算无人机重心与阻力伞舱出口距离L，通过式4计算阻力伞作用于无人机的阻力系数CD伞，通过式5计算方向舵偏度δr；
L＝XZLS-XG 式3
CD伞＝CDZLS*SZLS/S 式4
Cnβ·β+CD伞*sinβ*L/b+Cnδr*δr＝0 式5
其中，L为无人机重心与阻力伞舱出口距离，XZLS为阻力伞舱出口位置，XG为重心位置，CD伞为阻力伞作用于无人机的阻力系数，CDZLS为阻力伞的阻力系数，SZLS为阻力伞的面积，S为机翼面积，Cnβ为无人机偏航力矩系数对侧滑角的导数，β为侧风存在时无人机产生的侧滑角，b为机翼展长，Cnδr为方向舵舵面效率，δr为方向舵偏度。
g、侧风限制判断。
所述步骤a中，无人机各项参数包括机翼面积S、机翼展长b、重心位置XG和阻力伞舱出口位置XZLS。
本实施例为一较佳实施方式，能够将计算过程编写为程序代码，快速计算出阻力伞使用侧风限制的分析结果，实用性好，具有极大的推广应用价值。
实施例3
参见图1，一种基于飞机气动特性给出阻力伞使用侧风限制的方法，包括以下步骤：
a、根据无人机布局获取无人机各项参数；
b、通过风洞试验或CFD仿真获取无人机地面状态下气动特性参数；
c、获取阻力伞的阻力系数CDZLS和阻力伞的面积SZLS；
d、通过式1和式2计算确定无人机姿态；
其中，Vd为地速，Vk为空速，Vw为侧风风速，β为侧风存在时无人机产生的侧滑角；
e、评估状态选取，选取地速Vd和方向舵对无人机的纠偏速度V1相同，给定一个侧风风速Vw，计算出侧风存在时无人机产生的侧滑角β；
f、通过式3计算无人机重心与阻力伞舱出口距离L，通过式4计算阻力伞作用于无人机的阻力系数CD伞，通过式5计算方向舵偏度δr；
L＝XZLS-XG 式3
CD伞＝CDZLS*SZLS/S 式4
Cnβ·β+CD伞*sinβ*L/b+Cnδr*δr＝0 式5
其中，L为无人机重心与阻力伞舱出口距离，XZLS为阻力伞舱出口位置，XG为重心位置，CD伞为阻力伞作用于无人机的阻力系数，CDZLS为阻力伞的阻力系数，SZLS为阻力伞的面积，S为机翼面积，Cnβ为无人机偏航力矩系数对侧滑角的导数，β为侧风存在时无人机产生的侧滑角，b为机翼展长，Cnδr为方向舵舵面效率，δr为方向舵偏度。
g、侧风限制判断。
所述步骤a中，无人机各项参数包括机翼面积S、机翼展长b、重心位置XG和阻力伞舱出口位置XZLS。
进一步的，所述步骤b中，无人机地面状态下气动特性参数是指无人机偏航力矩系数对侧滑角的导数Cnβ。
本实施例为又一较佳实施方式，通过将公式编写成代码，每次输入侧风风速就能够快速得到方向舵偏度，判断该侧风风速能否使用阻力伞，获得阻力伞使用侧风限制，大量节省了数据分析处理时间。
实施例4
参见图1，一种基于飞机气动特性给出阻力伞使用侧风限制的方法，包括以下步骤：
a、根据无人机布局获取无人机各项参数；
b、通过风洞试验或CFD仿真获取无人机地面状态下气动特性参数；
c、获取阻力伞的阻力系数CDZLS和阻力伞的面积SZLS；
d、通过式1和式2计算确定无人机姿态；
其中，Vd为地速，Vk为空速，Vw为侧风风速，β为侧风存在时无人机产生的侧滑角；
e、评估状态选取，选取地速Vd和方向舵对无人机的纠偏速度V1相同，给定一个侧风风速Vw，计算出侧风存在时无人机产生的侧滑角β；
f、通过式3计算无人机重心与阻力伞舱出口距离L，通过式4计算阻力伞作用于无人机的阻力系数CD伞，通过式5计算方向舵偏度δr；
L＝XZLS-XG 式3
CD伞＝CDZLS*SZLS/S 式4
Cnβ·β+CD伞*sinβ*L/b+Cnδr*δr＝0 式5
其中，L为无人机重心与阻力伞舱出口距离，XZLS为阻力伞舱出口位置，XG为重心位置，CD伞为阻力伞作用于无人机的阻力系数，CDZLS为阻力伞的阻力系数，SZLS为阻力伞的面积，S为机翼面积，Cnβ为无人机偏航力矩系数对侧滑角的导数，β为侧风存在时无人机产生的侧滑角，b为机翼展长，Cnδr为方向舵舵面效率，δr为方向舵偏度。
g、侧风限制判断。
所述步骤a中，无人机各项参数包括机翼面积S、机翼展长b、重心位置XG和阻力伞舱出口位置XZLS。
所述步骤b中，无人机地面状态下气动特性参数是指无人机偏航力矩系数对侧滑角的导数Cnβ。
进一步的，所述步骤g中，侧风限制判断具体是指若方向舵偏度δr不超过方向舵使用限制，则步骤e给定的侧风风速Vw下使用阻力伞。
本实施例为最佳实施方式，整个计算过程简单易行，适用性好。
评估状态选取的原理如下：
在滑跑的低速阶段，无人机可利用前轮转弯和主轮差动刹车保证直线滑跑，在滑跑高速阶段，由于升力较大，各机轮摩擦力小，主要依靠方向舵对无人机进行纠偏，无人机在地速Vd≤方向舵对无人机的纠偏速度V1后开始使用主轮差动刹车进行纠偏。因此在仅使用方向舵纠偏时，侧风影响更大。当侧风风速Vw一定时，侧风存在时无人机产生的侧滑角β随地速Vd的减小而增大。

Claims (4)

1.一种基于飞机气动特性给出阻力伞使用侧风限制的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、根据无人机布局获取无人机各项参数；
b、通过风洞试验或CFD仿真获取无人机地面状态下气动特性参数；
c、获取阻力伞的阻力系数CDZLS和阻力伞的面积SZLS；
d、通过式1和式2计算确定无人机姿态；
其中，Vd为地速，Vk为空速，Vw为侧风风速，β为侧风存在时无人机产生的侧滑角；
e、评估状态选取，选取地速Vd和方向舵对无人机的纠偏速度V1相同，给定一个侧风风速Vw，计算出侧风存在时无人机产生的侧滑角β；
f、通过式3计算无人机重心与阻力伞舱出口距离L，通过式4计算阻力伞作用于无人机的阻力系数CD伞，通过式5计算方向舵偏度δr；
L＝XZLS-XG 式3
CD伞＝CDZLS*SZLS/S 式4
Cnβ·β+CD伞*sinβ*L/b+Cnδr*δr＝0 式5
其中，L为无人机重心与阻力伞舱出口距离，XZLS为阻力伞舱出口位置，XG为重心位置，CD伞为阻力伞作用于无人机的阻力系数，CDZLS为阻力伞的阻力系数，SZLS为阻力伞的面积，S为机翼面积，Cnβ为无人机偏航力矩系数对侧滑角的导数，β为侧风存在时无人机产生的侧滑角，b为机翼展长，Cnδr为方向舵舵面效率，δr为方向舵偏度。
g、侧风限制判断。
2.根据权利要求1所述的一种基于飞机气动特性给出阻力伞使用侧风限制的方法，其特征在于：所述步骤a中，无人机各项参数包括机翼面积S、机翼展长b、重心位置XG和阻力伞舱出口位置XZLS。
3.根据权利要求1所述的一种基于飞机气动特性给出阻力伞使用侧风限制的方法，其特征在于：所述步骤b中，无人机地面状态下气动特性参数是指无人机偏航力矩系数对侧滑角的导数Cnβ。
4.根据权利要求1所述的一种基于飞机气动特性给出阻力伞使用侧风限制的方法，其特征在于：所述步骤g中，侧风限制判断具体是指若方向舵偏度δr不超过方向舵使用限制，则步骤e给定的侧风风速Vw下使用阻力伞。
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