[发明专利]一种无人机动态重心实时监测方法及系统

说明书

本发明提供了一种无人机动态重心实时监测方法及系统，包括：步骤1、针对无人机布置的油箱建立对应的油箱数据库；步骤2、通过地面维护设备向飞管计算机中输入当前无人机空机重量和重心；步骤3、无人机飞行过程中，飞管计算机接收各个油箱燃油油量与大气数据，计算飞机油面角；步骤4、根据油箱数据库与飞机油面角得到各个油箱重量重心数据，再结合无人机空机重量与重心，计算得到无人机重心；步骤5、飞管计算机实时计算燃油消耗过程中无人机重心变化，并下传至地面飞行席，飞行员通过重心数据调整飞机飞行姿态。本发明通过低延时的传输方式，真实反馈油箱内油面变化，及时有效反馈飞机重心变化，有利于实时准确获取飞机重心数据。

技术领域

本发明涉及无人机控制领域，特别涉及一种无人机动态重心实时监测方法及系统。

背景技术

本发明涉及近些年，随着无人控制技术突飞猛进的发展，具备战场适应能力强，战场生存能力强，低成本，高效费比等先天优势的无人机得到了很快的发展，放眼全球涌现出大批高空高速长航时的无人机。

在无人机的设计中，重心位置对无人机的控制非常重要，就这一点而言，对无人机主要结构及机体设备等重量重心固定来说，重心变化主要考量无人机中燃油系统中燃油重心的变化，传统的方法是将无人机燃油布置在无人机重心附近或靠近飞机控制要求重心处，但随着更长航时要求，无人机最大载油量可达最大起飞重量的30％至70％，燃油重心对飞机重心的影响越来越大，燃油消耗过程中重心变化变得不可忽略。

由于燃油占飞机起飞重量比越来越大，油箱的布局对飞机的重心影响明显，飞机的耗油顺序成为影响飞机重心包线的决定性因素之一，飞机燃油消耗时理论重心前后限决定了无人机理论重心的前后限。

无人机的重心是其重力的交点，在飞机设计中它同飞机的气动力焦点有密切的关系，无论是静稳定的飞机还是静不稳定的飞机，其重心与焦点的匹配关系，直接影响到飞机的安全性、飞行品质、飞机的性能和经济性以及飞机几何参数。

飞机的气动力焦点和飞行品质决定了飞机的前后重心极限，对于长航时无人机来说，飞机制造出厂后重心就基本确定，飞机飞行过程中重心变化主要受燃油消耗的影响，燃油在消耗过程中重心变化影响飞机总体重心变化范围，传统的方法是按照飞行剖面，通过地面试验台，经过大量重复复杂的地面试验，模拟飞行工况，绘制燃油消耗重心曲线，评估燃油消耗过程中全机重心的前后限，以使燃油消耗过程中重心满足飞机控制要求。

重心的移动是以纵轴和横轴为主的，由于在纵轴上重心和升力中心的距离决定了飞机的俯仰响应和静稳定性，对应于飞机气动力焦点，每架飞机都有自己的重力及重心位置的限制，因此确定飞机重心位置也是航前及飞行过程中关注的重点之一，若重心偏移时，飞机会出现控制发散工况，飞行时控制困难，飞行姿态变化大，严重影响飞行安全，严重时甚至可能导致无人机失控，严重影响无人机任务的执行和威胁无人机飞行安全。

因此对飞行中燃油消耗过程中重心变化的监测势在必行，当前的方法都是地面试验台按照飞机飞行工况和任务剖面进行地面试验验证后评估重心变化，评估安全后便不再处理，由于地面试验条件有限，无法模拟许多实际飞行工况，仅仅通过地面验证，对大载油量无人机来说局限性较强。

无人机飞行时通过精确的传感器来实现精准控制，机载成品中一旦安装固定后基本不会发生变化，但燃油消耗过程中，重心变化较为剧烈，飞机重心随耗油过程发生着变化，飞机重心不断发生着变化，按照燃油消耗顺序，飞机重心变化范围不应该影响飞机的操稳，一旦出现地面无法模拟的工况，或输油系统故障时，无法真实直观的感知无人机重心变化情况，给无人机安全飞行带来很多风险。

区别于传统有人机，缺乏飞行员的直观感受，仅通过机身前视摄像头较小的视窗及传感器的数据，无法感知飞机真实重心的状态变化，且在实际飞行时随着飞机挂载及任务载荷设备的增减时，飞机重心也在发生着变化，按照传统的固定重心的计算方法难以应付复杂多变的飞行工况，一种动态重心的监测方法显得尤为重要。

发明内容