[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

本發明涉及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，屬于飛行器控制技術領域，具體包括通過力學分析、數學建模得到了普適性的柔性軟管相連的多體系留式飛行器系統的姿態方程，分為5個目標靜態姿態，并對不同姿態下各個飛行器升力單元進行受力分析，得到不同姿態下提供推力的控制函數；在變換軟管空間形態問題上，采用解耦合的控制策略思路，使整個多體系留式飛行器系統在轉換各個空間姿態時各個飛行器單元之間盡可能少的互相影響，可以在一定范圍內使用現有飛控技術進行姿態調整，進而滿足系留式飛行器隊列的飛行控制。

技術領域

本發明涉及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，屬于飛行器控制技術領域。

背景技術

目前，現有的系留式飛行器大多采用單體飛行器，其無法滿足柔性連接的多體飛行器隊列，對于柔性連接的多體飛行器的飛行控制策略進行重新設計。

發明內容

為解決現有技術存在的技術問題，本發明提供了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，其通過數學建模和懸鏈線方程特性進行了受力分析，建立了一套與現有單體系留式飛行器飛控相適應的控制與操作邏輯。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案為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，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()，c表示()

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(范圍)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+dH-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，