[发明专利]基于光缆敷设的共轴双旋翼无人直升机建模方法

权利要求书

1.基于光缆敷设的共轴双旋翼无人直升机建模方法，其包括恒张力释放状态下的柔性光缆动力学建模和面向飞行控制系统的光缆敷设无人直升机动力学模型，其中恒张力释放状态下的柔性光缆动力学建模包括单个光缆段的受力计算方法和整体光缆动力学模型建立方法；面向飞行控制系统的光缆敷设无人直升机动力学模型包括无人直升机平台动力学模型和无人直升机参数辨识试验系统，其特征在于：设定

a)整条待布设的光缆由N个光缆段构成；

b)各段逐次从释放机构中释放，正在释放的光缆段的速度与刚释放的光缆段的速度一致；

c)各光缆段均视作刚性杆，其质量集中于各光缆段的一个端点；

d)各个刚性杆之间通过绞进行连接。

2.如权利要求1所述的基于光缆敷设的共轴双旋翼无人直升机建模方法，其特征在于：所述单个光缆段的受力计算方法包括第j段绳子的阻力系数C_Dj和升力系数C_Lj由工程经验公式(3.1)和(3.2)进行计算，其中α_j为第j段绳子的攻角，翼弦抬头为正，翼弦低头为负，

C_Dj≈0.022+1.1sin³α_j       (3.1)

C_Lj≈1.1sin²α_jcosα_j        (3.2)

光缆段相对于风的速度为V_wind,第J个光缆段质心的速度为V_J,则根据力的平衡和力的分解原理，第J个光缆段相对于风的速度的大小为：

vJc=12(VJ+VJ-1)-Vwind=VJxci+VJycj---(3.3)]]>

其中，---第J个光缆段相对于风的速度；

V_J---第J个光缆段质心的速度；

V_J-1---第J-1个光缆段质心的速度；

V_wind---风速；

---第J个光缆段相对于风的速度在水平方向的分量；

---第J个光缆段相对于风的速度在竖直方向的分量；

i---水平方向的方向向量；

j---竖直方向的方向向量；

设第J段光缆的气动阻力系数为C_DJ、气动升力系数为C_LJ，每个光缆段上的气动力主要包括气动阻力和气动升力，根据受力分析并结合式(3.1)、(3.2)得，第J段光缆的气动阻力和气动升力分别为：

FJD=12ρCDd|VJc|2eD=12ρCDd|12ρCDd|VJc|2eD|2(VJxci+VJycj)---(3.4)]]>

FJL=12ρCLd|VJc|2eL=12ρCDd|12ρCDd|VJc|2eD|2(-VJxci+VJycj)---(3.5)]]>

式(3.4)、(3.5)中

---第J光缆段的气动阻力；

---第J光缆段的气动升力；

ρ---空气密度；

C_D---光缆段的气动阻力系数；

C_L---光缆段的气动升力系数

d---光缆段直径；

---第J光缆段相对于风的速度；

e_D---第J光缆段的气动阻力方向单位矢量；

e_L---第J光缆段的气动升力方向单位矢量；

根据以上的推导可得出第J段光缆质点处的气动力的值为：

FJaero=12(FJD+FJ+1D)+12(FJL+FJ+1L)---(3.6)]]>

---第J光缆段质点处的气动力；

---第J光缆段的气动阻力；

---第J光缆段的气动升力；

---第J+1光缆段的气动阻力；

---第J+1光缆段的气动升力；

V_J、V_J-1、V_wind、均为矢量。