[发明专利]一种低空飞艇的长航程高海拔飞行任务规划方法

说明书

本发明属于低空无人飞艇领域，涉及一种低空飞艇的长航程高海拔飞行任务规划方法，包括(1)预设任务航线；(2)前飞速度估算；(3)油耗估算；(4)氦气体积估算；(5)降落净重估算；(6)任务规划评估。本发明提出了一种低空飞艇的长航程高海拔飞行任务规划方法，给出了飞艇前飞速度、氦气体积等参数的计算方法，并对油耗和净浮力进行估算。在此基础上，通过分析降落净重和氦气囊的体积变化，对长航程高海拔飞行任务的规划航线进行评估。该方法易于程序化，操作方便。

技术领域

本发明属于低空无人飞艇领域，涉及一种低空飞艇的长航程高海拔飞行任务规划方法。

背景技术

飞艇是一种带有推进装置、利用密度小于空气的气体(现代飞艇常用安全性较好的氦气)提供升力的航空器。根据外形结构，可分为硬式、半硬式和软式飞艇。与硬式或半硬式飞艇不同，软式飞艇不包含内部骨架或刚性龙骨，而是通过氦气压力维持飞艇外形(辅之以体积可变的空气囊)。

按其飞行高度，飞艇可分为高空飞艇和低空飞艇，高空飞艇一般飞行于海拔20km左右的平流层，低空飞艇飞行高度一般低于8km的对流层。

相比于飞机、无人机等其它飞行器，低空飞艇有如下优势：可安全多次回收，重复使用，维护方便；可垂直起降和低空悬停，可预设航线在指定高度上巡航飞行或盘旋；适用任务种类多等。随着科学技术的发展，低空飞艇在很多领域得到了应用，如大型设备调运、自然灾害监测、广告、旅游观光、局域通信、治安巡逻等。

低空飞艇一般由主、副气囊、吊舱、动力系统、飞控系统和测控系统等组成，飞艇整体处于净重状态，起飞时通过发动机产生垂直向上的推力使飞艇升空，切入到自主巡航后，飞艇的净重主要由动升力来平衡，发动机主要用于提供飞艇巡航所需要的推力。发动机转速一定时，飞艇油耗率近似恒定，因此可认为剩余油量随着飞行时间的增加而线性减少；在飞艇飞行过程中，内外压差随着大气压强或温度的变化而变化，为了保证飞艇的气动外形，囊体内外压差必须保持在一定范围内，可以通过副气囊排出或吸入空气来实现。飞艇爬升时，副气囊体积随着高度增加而减小，当副气囊体积接近于零时，飞艇到达安全飞行的最大高度。

在长航程、高海拔飞行时，由于飞艇油耗、净浮力等均可能发生较大变化，为保证顺利升降、安全巡航，在试验前有必要对飞艇任务规划进行研究。

发明内容

本发明的目的是在长航程、高海拔飞行时，飞艇可以顺利升降、安全巡航。

为达到上述发明目的，本发明提供一种低空飞艇长航程高海拔飞行任务规划方法，所述方法步骤包括：

S1、预设任务航线

在地图上选取任务航线，其中包含n个航段、n+1个航迹点，n+1个航迹点用L₁→L₂→…→L_n+1表示，每一航迹点经纬度分别为(E₁，N₁)、(E₂，N₂)、…(E_n+1，N_n+1)，飞艇在第i个航段上的巡航高度为H_i；

进一步的，在执行飞行任务时，可设置一个固定的相对巡航高度，或者根据不同高度的预测风场计算相应的前飞速度，选择前飞速度最大的飞行高度。

S2、前飞速度估算

第i个航段上飞艇的前飞速度V_Qi统一为如下形式：

V_Qi＝V₀+V_Wi·cos(γ_i)＝V₀+V_Wi·cos(270°-Θ_i-β_i)；