[发明专利]一种固定翼太阳能无人机航时估计方法

说明书

本发明公开了一种固定翼太阳能无人机航时估计方法，包括以下步骤：步骤一：统计太阳能无人机能量生产状况，即太阳能无人机每个飞行日的能量生产总量；步骤二：计算能量消耗状况，即飞机每个飞行日能量消耗量；步骤三：基于能量平衡准则，估计理想条件下的飞行时间窗；步骤四：考虑实际电池容量，对飞行时间窗精确估计。本发明能较为简便的对太阳能无人机航时进行估计，在地球上几乎所有地点都能适用，适应范围非常广泛。本发明方法简单、方便，只需要几个参数即可，易于工程应用。

技术领域

本发明涉及太阳能无人机设计及任务规划领域，具体地说，是指一种固定翼太阳能无人机航时估计方法。

背景技术

航时估计对太阳能无人机初期设计评估和后期任务规划、决策具有非常重要的价值。太阳能无人机与传统的飞机不同，它以太阳辐射能为主要能量，传统飞机则以化石燃料为主，其携带能量具有总量可知、能量使用情况也相对容易预测、性能估计方法经过半个多世纪的发展已经非常成熟，然而太阳能无人机所携带能量总量因需要实时收集太阳辐射能并存储于储能电池中，与天气状况、飞行状态、飞行时间地点等众多因素相关，估算非常困难，如较长时间的天气预测本身就是一个非常复杂的问题，尚未得到很好的解决。目前，从搜集到的公开资料来看，关于太阳能无人机的航时估计的研究非常缺少。

传统飞机性能估计理论中，航时估计归结为飞机稳态或准稳态性能指标，按解算方法不同通常可分为解析法和图解法。解析法根据飞行器运动学方程、动力学方程以及力学分析，进而将目标变量表述成解析函数，其数学推导严谨，物理概念清晰，能直接准确求解所需性能参数的数学公式而备受重视。图解法，通过计算若干个数值组成的数列，然后从中找出一个所需要的值作为问题的解，该方法以推力法、功率法以及能量法为主,其表示直观易懂，易于与飞行性能计算原始数据相结合，并且适用无法或难以进行解析求解高次方程，在工程应用中得到广泛应用。

估计太阳能无人机续航航时时，虽然其飞行质量不发生改变，但能量总量具有非常大的不确定性，这给太阳能无人机航时估计带来巨大挑战，然而，续航性能对以侦察、监视或通信中继等此类应用为主的太阳能无人机来说，是其评价任务能力最为关键指标之一，也是太阳能无人机设计者对太阳能无人机初始设计重点考核指标之一，对其任务决策和设计评估具有重要意义。更为重要的是：对于太阳能无人机而言，怎么来确定这类特殊的飞行器指标体系，来推进其设计、应用规范化，也将促进太阳能无人机产业链的成熟与进步。其首先要解决的是：怎么定义适合评价太阳能无人机续航的性能指标，才能较好反映太阳能无人机续航特征、其评价方式客观、其指标可计量或统计。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种晴空气象条件下针对给定机型、飞行地点及飞行时间的固定翼太阳能无人机航时估计方法。此方法利用太阳能无人机能量生产模型解算出太阳能无人机不同地点和时间的能量生产功率，结合无人机任务剖面能量消耗与无人机后备电源能量储备容量限制，对太阳能无人机以天为能量循环周期，统计1年365天内每天能量平衡状况，以最终得出太阳能无人机持续飞行性能。最后，基于太阳能无人机可持续飞行性能特征，提出太阳能“飞行时间窗”概念，以便更方便描述太阳能无人机续航。本发明可用于太阳能飞行器设计、控制及任务规划，特别在太阳能飞行器设计和任务规划领域中，可利用此方法对太阳能飞行器设计方案及任务规划的可行性与合理性进行验证、分析。

一种固定翼太阳能无人机航时估计方法，包括以下步骤：

步骤一：统计太阳能无人机能量生产状况，即太阳能无人机每个飞行日的能量生产总量；

步骤二：计算能量消耗状况，即飞机每个飞行日能量消耗量；

步骤三：基于能量平衡准则，估计理想条件下的飞行时间窗；

步骤四：考虑实际电池容量，对飞行时间窗精确估计。

本发明的优点在于：

(1)能较为简便的对太阳能无人机航时进行估计；