[發明專利]一種柔性軟管連接的系留式飛行器隊列飛行策略計算方法

在審

• 申請號: 202010582168.3
• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111736627A
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 古韻興
• 申請（專利權）人: 古韻興
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;G05D1/08
• 代理公司: 太原弘科專利代理事務所(普通合伙) 14118
• 代理人: 趙宏偉

1.一種柔性軟管連接的系留式飛行器隊列飛行策略計算方法，包括軟管和用于拖動軟管移動的多個飛行器，其特征在于：先確定所述軟管的空中姿態，再通過飛行器控制系統控制每個飛行器的飛行策略；具體按照以下步驟進行，

a、軟管最優空間姿態的確定

將軟管的空間姿態設為一個三維空間中的線函數，以軟管的兩端作為線函數的原點和端點，取軟管上任意一段AC進行受力分析，設最低點A處受水平向左的拉力H，右懸掛點處表示為C點，在AC弧線區段任意取一段設為B點，則B點受一個斜向上的拉力T，設T和水平方向夾角為θ，AB段繩子的質量為m,則B點受力平衡為：

其中，m用軟管長與軟管的線密度σ的乘積的積分來表示：

分離變量并對兩端積分后可以得到軟管的姿態方程：

y表示函數上的點距離X軸的距離，c表示常數項，

通過姿態方程確定了軟管的空間姿態，然后再通過軟管的空間姿態控制各個飛行器；

b、各個飛行器間的動力控制

在目標傾角不大的情況下，支撐端兩側的懸鏈線姿態不一致，各段懸鏈線重心位置不一致，在軟管姿態的確定情況下，計算出其兩端的線拉力，

設軟管微元ds的兩端的拉力為T和T+dT，軟管的自重荷載集度為q，V為T在y軸上的分量，H為T在x軸上的分量，由靜力學平衡方程得:

∑X＝0，H+dV-H＝0

∑Y＝0，V+dV-qds-V＝0

進而得到，目標傾角為θ時的懸鏈線方程：

式中：l為液貨軟管AB水平距離；H為AB間的高度差；θ為弦傾角；β為所設的參數值，β＝ql/H；

再通過懸鏈線方程，計算軟管兩端的張力：即總的張力為T，其豎直方向的分量為V，水平方向的分量為H，若H已知，則張力的豎直分量函數式V(x)為：式中x_c為軟管的最低點的橫坐標；

再張力的豎直分量函數式V(x)得到，豎直方向的張力T(x)，

最后得到A點的軟管張力與B點的軟管張力，

當l不等于0或2x_c時兩端軟管張力不等，因此在控制系統的動力控制中，要將不足的拉力補足，除了與軟管重量相抗衡的垂直升力外，還要補足一個方向斜向上的力，方向為該力的大小為T(A)-T(B)。

2.根據權利要求1所述的一種柔性軟管連接的系留式飛行器隊列飛行策略計算方法，其特征在于：當軟管在大傾角狀態下時，由于軟管內已經是充滿流體的情況，供給端和輸出端可以視為連通器，無需考慮哪個路徑才能使流體沖到末端時保持最大沖量，動力控制目標應該是盡可能在約束范圍內使傾角θ能取極大值，帶夾角的懸鏈線方程為：

式中α是在B端切線與水平線的傾角。

3.根據權利要求1所述的一種柔性軟管連接的系留式飛行器隊列飛行策略計算方法，其特征在于：在垂直狀態下時，飛行器的飛行狀態為螺旋線狀態，假設軟管彈性模量各向同性，彈性模量為K，軟管的長度微元為ds，從俯視直線狀態轉換到俯視呈角度狀態的受力變化可以用以下關系表述：在定性分析下，我們可以發現水平面上應該存在一個驅使兩條懸鏈線處在同一平面的力，由A點的軟管張力與B點的軟管張力公式可以求出軟管對于飛行器的水平方向拉力，F＝T(A)cosα*sinγ+T(B)cosσ*sinτ，其中α是懸鏈線1在飛行器出切線對水平面的夾角，γ是該切線的水平面上的投影與x軸的夾角，σ是懸鏈線2在飛行器出切線對水平面的夾角，τ是該切線的水平面上的投影與x軸的夾角。