[发明专利]一种基于能量流的太阳能倾转旋翼无人机参数优化方法

说明书

本发明公开的一种基于能量流的太阳能倾转旋翼无人机参数优化方法，属于无人机工程领域。本发明采取能量流分析方法对太阳能倾转旋翼无人机的参数变量进行迭代优化，计算无人机设计参数下的能量和功率的输入和输出变化，确定无人机能源需求量和能量部件的最大运行功率。所述能量流分析方法，包括太阳能电池/锂电池混合能源策略和拓扑结构；基于所述所述能量流分析方法能够准确地描述无人机从能源供应系统、能源管理系统到能源消耗系统的能量和功率变化，从而精确、快速优化无人机在参数变量情况下各部件的最大运行功率和质量分布，高效确定基于能量流的太阳能倾转旋翼无人机参数，根据优化得到的无人机参数提高太阳能倾转旋翼无人机鲁棒飞行能力。

技术领域

本发明涉及一种基于能量流的太阳能倾转旋翼无人机参数优化方法，属于无人机工程领域。

背景技术

太阳能倾转旋翼无人机将太阳能无人机和倾转旋翼无人机两种类型的优势进行综合，一方面发挥太阳能无人机绿色、长航时的优势，另一方面发挥倾转旋翼无人机垂直起降、定点悬停的优势，实现电动无人机的垂直起降、长航时、多点悬停的任务需求。因此，需要开发更加准确、高效的方法来实现太阳能倾转旋翼无人机的参数计算。

一方面，与传统的油动无人机相比，太阳能倾转旋翼无人机的参数计算需要重点考虑的能源和能量流动问题，面临复杂环境因素(云遮、阵风、飞行时间、所处经纬度等问题)影响下所带来的计算问题，还需要在计算中考虑太阳能无人机鲁棒性飞行的问题。另外一方面，太阳能倾转旋翼无人机的飞行涉及三种模式、多种工况，在计算过程中需要考虑多模式和多工况的约束问题。目前，太阳能倾转旋翼无人机选取的构型较多，现有的计算方法集中在太阳能无人机和倾转旋翼无人机方面，参数计算方法参考较少，急需一种适合于太阳能倾转旋翼无人机的参数计算方法。

发明内容

为解决太阳能倾转旋翼无人机优化过程中的不全面、不准确、不高效问题，本发明的目的是提供一种基于能量流的太阳能倾转旋翼无人机参数优化方法，通过计算无人机飞行剖面下能量流入、流出以及中间转化环节，从而高效确定基于能量流的太阳能倾转旋翼无人机参数，提高太阳能倾转旋翼无人机鲁棒飞行能力，解决太阳能倾转旋翼无人机应用相关工程技术问题，增加无人机的工程实用性。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的一种基于能量流的太阳能倾转旋翼无人机参数优化方法，包括如下步骤：

步骤一：确定太阳能倾转旋翼无人机参数计算的初始条件，所需的初始条件包括任务需求、任务剖面、性能需求、布局形式、飞行条件和参数变量，用作无人机参数计算的输入条件。所述任务需求包括有效载荷m_pld、悬停次数N_hov、单次悬停时间T_hov和巡航时长T_endurance，所述任务剖面包括多次悬停和长航时飞行的混合能源供应剖面、纯锂电池供应的长航时飞行剖面，所述性能需求为旋翼模式、倾转模式和固定翼模式多种模式的性能需求，布局形式为常规、翼身融合、飞翼布局根据任务选取，所述飞行条件包括无人机技术参数、技术效率损失、飞行经纬度、飞行日期和飞行高度，所述参数变量选取无人机的翼载荷M/S、锂电池质量m_bat和展现比AR。

步骤二：采取能量流分析方法对太阳能倾转旋翼无人机的参数变量进行迭代优化，计算无人机设计参数下的能量和功率的输入和输出变化，确定无人机能源需求量和能量部件的最大运行功率。所述能量流分析方法，包括太阳能电池/锂电池混合能源策略和拓扑结构。所述太阳能电池/锂电池混合能源策略为太阳能倾转无人机在飞行剖面下的一种能量供应策略，所述拓扑结构为能源动力系统，采用能量流来描述从能源供应系统、能源管理系统到能源消耗系统的太阳能、化学储能和电能之间的能量和功率转化。

所述混合能源策略为一种太阳能电池和锂电池能量互补策略，在垂直起降的过程中，由锂电池供电；在平飞过程之中，由太阳能供电，并有多余的能量为锂电池充电；无人机悬停阶段由锂电池供电。多次循环以上能量交互过程，进而实现太阳能倾转旋翼无人机的垂直起降+多次悬停+长航时飞行。