[发明专利]一种考虑复杂气象条件下的无人飞行器飞行性能计算方法

说明书

本发明公开了一种考虑复杂气象条件下的无人飞行器飞行性能计算方法，针对无人机全天候飞行问题，建立考虑结冰、降雨影响修正的无人飞行器动力学模型，将其影响作为飞行器的动力学方程的额外项以修正力和力矩方程组。结合平均高度、平均速度、飞行时间、油箱平均油量以及发动机工作状态的燃油消耗率的多元回归模型，进行飞行性能计算，具体飞行性能主要包括：起飞性能、最大爬升率、最大盘旋角速度、着陆性能、转场航程计算。该方法对飞行性能的计算快捷简单，可以保证受气象条件影响下的无人飞行器在给定环境情况的飞行性能计算的准确性。

技术领域

本发明涉及航空技术领域，尤其涉及一种考虑复杂气象条件下的无人飞行器飞行性能计算方法。

背景技术

随着无人机飞行任务需求的日益复杂化及多元化，无人飞行器飞行提出了更高要求。无人机在降雨、结冰等复杂气象条件下飞行时会对其飞行性能产生巨大的影响，包括整机的气动性能，如改变飞行阻力和升力，甚至恶化飞行器的稳定性操纵性。因此对于复杂气象条件下的无人飞行器飞行性能评估问题，为提高飞行性能计算精度，不仅需要考虑飞行器重量、载油量等因素，同时需要考虑结冰、降雨等气象环境的影响。

目前，在结冰、降雨气象条件影响下，无人机的常规飞行性能计算方法往往产生较大误差。为衡量无人机是否满足长航时复杂环境的任务要求，需要更加精确的无人机在复杂气象条件下的飞行性能评估计算。本发明提供了一种计算快捷简单，满足一定精度要求的柔性飞行器飞行性能计算方法。该方法计算结果稳定可靠，可以为长航时无人机全天候飞行的能力评估提供参考依据。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术难点，提供了一种考虑复杂气象条件下的无人飞行器飞行性能计算方法，包括飞行器起飞性能、最大爬升率、最小平飞速度、最大盘旋角速度、着陆性能和最大航程6个部分，有如下步骤：

S1：建立发动机燃油消耗率与平均高度、平均速度、发动机推力、发动机设定工作状态的多元线性回归模型；发动机推力与高度、飞行马赫数、发动机设定工作状态的线性回归模型与发动机推力回归模型。一般情况下，发动机工作状态可以分为慢车状态、加力状态和中间推力状态。数据可由实际飞行试验测得，也可由发动机模拟试验测得，一般为离散的数据点，需要进行多元线性回归。

S2：建立环境模型，根据气压高度，建立温度、声速、压力、空气密度、降雨、结冰影响的数学模型。其中降雨影响主要通过雨滴撞击产生力进行评估，通常情况相关模型参数的计算需要根据实际环境的降雨等级进行评估，也可以根据特殊情况进行计算。在实际飞行性能计算模型中，需要提前根据环境情况进行计算，得到降雨干扰力。结冰影响通过考虑结冰后飞行器阻力系数的增量描述。

S3：进行起飞性能计算，计算起飞滑跑距离以及相应的起飞需要时间以及消耗燃料量。

具体步骤为：

S31.已知飞行器起飞重量、停机角、起飞机场高度、温度、离地迎角和跑道摩擦系数。根据起飞暖机时间和发动机暖机耗油率，计算起飞暖机耗油；根据起飞机场高度，修正大气密度。

S32.根据设置的离地迎角和飞行器的升力系数曲线，求得离地升力系数，进而由极曲线求得阻力系数，根据飞行器预设结冰情况，求离地阻力系数。

S33.考虑降雨影响情况下，引入降雨干扰力。根据飞行器起飞重量和降雨干扰力求得的离地速度，通过发动机推力回归模型，求得发动机离地推力。进而更新得到离地速度。迭代求解，直至满足误差范围，得到飞行器离地速度，并推得发动机离地推力。

S34.按照公式根据发动机初始推力、起飞离地推力和起飞离地耗油率计算起飞滑跑距离以及相应的起飞需要时间以及消耗燃料量。起飞时间起飞滑跑距离其中g为当地重力加速度，f为跑道摩擦系数，为离地升阻比。起飞滑跑耗油量所以起飞耗油量W_qf＝W₀+W_hp。