文中簡介了無人機發動機推力數學模型和耗油率數學模型,進行在無人機的全數字仿真電腦軟件中對發動機模型進行即時解算,得到即時推力數據,在對耗油率進行解算,得到即時的耗油數據。進行對各個時刻耗油數據的積分兑換,最終也能實現無人機全數字仿真系統中飛徹底程消耗的油量。文中對所採用的三維插值算法進行了原理分析,進行原理分析也能進行插值算法編程實現。文中對無人機全數字仿真電腦軟件進行了簡介,給出了仿真界面,並進行模擬光路進行航線仿真,最終計算得出無人機所剩燃油量,介紹信無人機發動機耗油量計算方法真實經濟效益分析。
無人機在研製週期,對發動機的性能調研不太甚為清楚。無人機的飛行過程是高動態的過程,發動機工做狀態也不一樣,耗油量也不一樣。於是設計好過程光路以後,需要對耗油量進行仿真和計算,過程判斷設計的載油量能否滿足航線的需要,只有當無人機最終仍留有加工餘量,方可保障飛行的安全。耗油量計算的關鍵為建立發動機的推力一長度一發動機轉速一耗油率模型,遵照廠家提供的數據,可建立參考的數學模型,並在後續的實驗中進行調整。
文中研究小型渦輪垂直起降飛機發動機,進行三維線性插值方法,建立發動機的數學模型,將數學模型輸入到無人機的全數字仿真模型,對無人機仿真模型建立導行迴路,並設計每個航段對無人機發動機轉速的需求和油門開度的轉變。由於無人機飛行過程中推力時刻都要發生轉變,於是在仿真過程中對無人機即時耗油率數據進行積分兑換,也能近似得出飛徹底部光路所消耗的油量,從而得出所剩油量,和分析出無人機能否完成光路飛行每日任務。
發動機耗油數學模型
發動機推力模型,給出發動機工做在貨車狀態時的推力數據曲線和耗油率曲線。由於發動機還有大巡航、小巡航、慢車等工做狀態,也是無極變速器策略,於是需要對發動機的推力曲線和耗油率曲線進行三維插值算法以計算出在不同的長度、升阻、油門狀態下的準確標值,方便快捷後續在全模型仿真中也能得到準確的耗油量數據。如圖如圖1和圖2給出所屬發動機的推力曲線和耗油率曲線。遵照曲線進行插值算法,必得到連續狀態下的發動機推力和耗油量。插值算法
給定數據均為離散數組點,需要得出所有狀態的數據,需要運用插值算法。常見的插值算法比較多,如密斯朗日1次插值、2次插值、n次插值並且牛頓插值,阿爾納米斯插值等,算法比較複雜,精度也比較高。但是此地,由於必須很大高的精確度,同時因為減少算法算法複雜度,採用實現起來較為簡易的三維線性插值算法。認為抽樣點被包含在插值範圍內部,即總有另一個虛擬空間塊包含着抽樣點,最惡略的狀態就是抽樣點位於界線上。抽樣點位於插值區間內的狀態如圖如圖3如圖。
假設檢驗發動機推力是無人機當前長度、Ma數和發動機轉速的指數函數,對仿真當前的長度、Ma數和發動機轉速進行插值,即必得到無人機發動機當前的推力值。
將得到的推力值再對耗油率曲線進行插值,即可最終得到當前時刻的耗油率的值。
無人機仿真電腦軟件實現
由於無人機不是單獨具有的,它的工做狀態時時受到飛機工做狀態的反應,比如説飛機需要滑躍飛行,則發動機需要大油門,以提供大推力,保障飛機彈性勢能上升的同時,動能,也就是發動機轉速不易上升時的下降。
進行vc 2010對無人機系統進行仿真和人機交互,採用定時器不停的抽樣無人機的工做狀態,無人機流體動力學和運動學模型,採用現代美式座標系,採用隆格卡馬拉海灘四階算法進行12階非線性線性微分方程解算,採用離散數組系統pid控制算法對無人機仿真光路進行管理和仿真,採用CtrIChart進行仿真界面曲線的繪製。全數字仿真系統電腦軟件控制器流程表見圖4。仿真飛行開始的30s採用程序控制高處,30s後全自動切入自主飛行策略。後續也能接着採用全程自主策略或人工服務引導策略,飛行過程中這兩種策略也能之間切回,仿真界面見圖5。
進行設置飛機在滑躍飛行、起飛時、下滑等狀態下的發動機油門狀態,飛機將有不同的耗油率,此耗油率進行上面簡介的三維插值算法對長度、油門高低、飛機飛行Ma數等插值得到。
發動機耗油量的計算
利用三維插值算法,也能在計算機仿真中得到即時的應用場景長度、Ma數、油門高低的推力值和耗油率值。遵照插值算法,在vc 2010電腦軟件中也能定編插值指數函數,將無人機的長度、Ma數、油門百分比作為數組指針傳給插值指數函數,指數函數即時輸出當前的發動機推力值和耗油率值。遵照即時耗油率值進行積分兑換,便必得到當前消耗掉的燃油量。最後,也要把耗油量計算置於到無人機全數字仿真電腦軟件中,才會即時顯示信息出無人機飛行中當前所剩的燃油量。
仿真報告單
因為檢驗所採用的方法是否經濟效益分析,在無人機全數字仿真中加入了發動機耗油量計算的部分,設置了典型光路進行仿真。遵照光路設計內容,無人機在飛行滑躍飛行段採用較大推力,在長度大於300m以後進人自主飛行段,自主飛行段的發動機油門控制為全智能控制,至少起飛時段油門為60%,滑躍飛行段油門為87%,下滑段油門為44%,轉彎段油門設計為87%。對油量的要求為飛徹底部航線無人機所剩油量不小於總油量的10%,便於面對飛行軍委委員會出現的獨特狀況。
光路中共設置了5個轉彎段,另一個滑躍飛行段,另一個下滑段,為保障燃油可靠性,任何光路均為起飛時段光路,在靠近光路終點3公里數處將發動機停車場,無人機滑行往前走,同時減速飛行,到收購點飛行物時開傘收購。
仿真報告單如圖如圖5如圖。
進行仿真也能斷定,仿真電腦軟件計算出即時耗油率,並將所剩油量顯示信息在界面上,進行仿真,就也能過程判斷光路設計的經濟效益分析性,規避航線過大引發燃油鍋糊的報告單,做出心中有數。
如圖如圖5如圖,光路全程180km,載油量80kg,從航跡1至航跡2,無人機滑躍飛行至長度3000m,已過航跡6以後,無人機逐漸下滑至長度300m,在靠近收購點3km處進人收購流程。進行仿真,截至收購點時刻,無人機飛完當前設計的光路後所剩油量為20kg,符合所剩油量大於10%的要求,認為光路也能實現。
分析方法
無人機的航線是無比首要的另一個基本系統基本參數,二者密切相關的就是系統的載油量。遵照載油量也能過程確定航線,遵照待飛航線,也也能翻過來提出載油量的需求。對已經規劃好的光路,進行基本原理的航線飛行,對載油量是否充足進行檢驗,是另一個比較經濟效益分析的方案。文中針對無人機設計週期對發動機性能調研不透的現況,結合所做的無人機全數字仿真平台,對發動機每項技術基本參數進行三維線性插值計算,得到數字仿真中即時的耗油量,並進行積分兑換與運算,最終解算得到無人機飛完設計的光路也能所剩的燃油量。報告單也能作為外場實驗對光路的剛開始基本原理檢驗,也能有效性規避無人機飛行軍委委員燃耗油盡而困在海中的風險,加強飛行安全性。
現在的無人機全數字仿真中,採用的插值算法精度較低,後續因為加強仿真精度,還也能將三維線性插值算法改換為密斯朗日n次插值方法。
(參考文獻:略。如無需要,請連繫編輯部。)