[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

摘要

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。

主权项

一种低空飞艇的长航程高海拔飞行任务规划方法，其特征在于，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→…→Ln+1表示，每一航迹点经纬度分别为(E1，N1)、(E2，N2)、…(En+1，Nn+1)，飞艇在第i个航段上的巡航高度为Hi；S2、前飞速度估算第i个航段上飞艇的前飞速度VQi统一为如下形式：VQi＝V0+VWi·cos(γi)＝V0+VWi·cos(270°‑Θi‑βi)；其中，βi为第i个航段上的风向角；γi为第i个航段上风向与航迹向的夹角，定义为从航迹向方向沿逆时针转到风向延长线的角度，θi为第i个航段上航迹向的倾角；γi＝270°‑Θi‑βi，式中Θi为航段的等效倾角，满足如下关系每一个航段的倾角θi满足S3、油耗估算整条航线的预估油耗为其中，λ为艇的平均油耗率，λ＝(λ1+λ2+…+λm)/m，λ1、λ2…λm分别为m架次的油耗率；Li‑1Li为航段的长度，Li‑1Li＝R·acos(cos(Ni‑1)·cos(Ni)·cos(Ei‑1‑Ei)+sin(Ni‑1)·sin(Ni))，R为地球半径；S4、氦气体积估算S41、飞前氦气体积估算在充气组装前，对飞艇各部件进行逐一称重，设总质量为W0；充气后，再对飞艇整体称重，设其净重为W1；假设充气后飞艇净浮力为F1，三者满足公式W1＝W0‑F1；净浮力F1可用如下公式计算得到F1＝(ρair1‑(k·ρHe1+(1‑k)·ρair1))·VHe1＝k·(ρair1‑ρHe1)·VHe1其中忽略飞艇内外空气密度的差异，k为主气囊内氦气纯度，ρHe1、ρair1分别为起飞处氦气和空气的密度，于是可得到起飞前氦气囊体积VHe1如下VHe1=W0-W1k·(ρair1-ρHe1)]]>S42、起飞后氦气体积估算当飞艇所处的海拔、温度等环境改变后，氦气囊体积发生变化，起飞后氦气囊体积VHe2可通过如下关系计算VHe2=(VHe1+(H2-H1)·601000)·273+T2273+T1]]>式中T1、H1分别为起飞前的温度、海拔，T2、H2分别为起飞后飞艇所在位置的温度、海拔；S5、降落净重估算依据飞艇降落后氦气囊体积VHe2及降落后氦气的密度ρHe2和空气的密度ρair2，可以得到降落时的净浮力F2＝k·(ρair2‑ρHe2)·VHe2l飞艇的降落净重W2与油耗和净浮力变化有关W2=W0-k·(ρair2-ρHe2)·VHe2-ρ·Σiλ·Li-1LiVQi]]>式中ρ为燃油的密度；S6、任务规划评估对比估算的降落净重W2是否大于安全降落净重阈值；若W2小于飞艇安全降落净重阈值，可考虑以下改善措施：1)在油箱允许的情况下，增加初始燃油携带量；2)增加配重；3)在航线中途选择备降场，加注燃油后继续开展试验；4)改变相对巡航高度，尽量减少逆风飞行时间，节省燃油消耗量；判断飞行到最大海拔时氦气的体积VHe2是否接近或者大于飞艇总体积V0；若VHe2≥95％V0，飞艇基本不再具备向外排出空气的能力，且囊体有被撕裂的风险。为避免类似风险，可考虑减少主气囊的氦气量，或降低飞艇飞行的海拔高度。