[發明專利]柔性形變對太陽能無人機光伏組件功率影響的計算方法

有效

• 申請號: 202110330673.3
• 申請日: 2021-03-26
• 公開（公告）號: CN113094809B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 李珺;陳森林;羅世彬;廖俊;陳錚;呂騫;凌霖雨
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/23;G06F111/10;G06F119/06
• 代理公司: 長沙永星專利商標事務所(普通合伙) 43001
• 代理人: 周詠;米中業

本發明公開了一種柔性形變對太陽能無人機光伏組件功率影響的計算方法，包括獲取待分析無人機的參數信息；建立機翼沿翼展方向的柔性形變計算模型并計算不同工況下機翼的柔性變形；建立無人機光伏組件接收太陽能輻射量與機翼變形的關系模型；構建機翼柔性形變影響下的光伏組件輸出功率損失模型；對光伏組件輸出功率損失模型進行時間維度積分得到任務周期內柔性形變引起的光伏組件能量輸出損失。本發明通過更接近機翼表面鋪設光伏組件特征的微單元的思路以及考慮不同類型輻照照射的矢量方向的影響，降低所建立分析模型與高空太陽能無人機光伏組件特征和外界環境模型的誤差，從而提高了輸出功率的計算精度，而且可靠性高、精確度高且適用性廣。

技術領域

本發明屬于無人機技術領域，具體涉及一種柔性形變對太陽能無人機光伏組件功率影響的計算方法。

背景技術

隨著經濟技術的發展和人們生活水平的提高，無人機已經廣泛應用于人們的生產和生活當中，給人們的生產和生活帶來了無盡的便利。

太陽能無人機具有巡航時間長，飛行高度高(達到數萬米)及其覆蓋區域廣的特點，可應用于許多領域。機翼上的光伏組件是無人機的主要動力來源，其輸出功率是影響太陽能無人機飛行性能的關鍵因素之一。因此，需要建立一個盡可能精確的數學模型來計算光伏組件的輸出功率。

現有的技術，一般將無人機的光伏組件看作是一個剛性的水平模型，并根據無人機的翼型，將光伏組件分為若干個部分，并分別建模和計算輸出功率。但是，目前暫未發現針對無人機機翼發生柔性形變對太陽能無人機光伏組件輸出功率影響的研究，而且目前的研究也未精細和嚴格的考慮空氣散射等其他影響因素對太陽能無人機輸出功率影響。這使得目前的針對太陽能無人機光伏組件功率的研究，顯得精確度較差，而且可靠性不高，適用性較差。

發明內容

本發明的目的在于提供一種可靠性高、精確度高且適用性廣的柔性形變對太陽能無人機光伏組件功率影響的計算方法。

本發明提供的這種柔性形變對太陽能無人機光伏組件功率影響的計算方法，包括如下步驟：

S1.獲取待分析無人機的參數信息；

S2.建立機翼沿翼展方向的柔性形變計算模型，并計算不同工況下機翼的柔性變形；

S3.通過分析不同類型輻照的矢量方向，建立無人機光伏組件接收太陽能輻射量與機翼變形的關系模型；

S4.基于步驟S3建立的無人機光伏組件接收太陽能輻射量與機翼變形的關系模型，構建機翼柔性形變影響下的光伏組件輸出功率損失模型；

S5.對步驟S4構建的光伏組件輸出功率損失模型進行時間維度積分，從而得到任務周期內柔性形變引起的光伏組件能量輸出損失。

步驟S2所述的建立機翼沿翼展方向的柔性形變計算模型，具體為采用如下方程組作為機翼沿翼展方向的柔性形變計算模型：

式中θ為機翼彎曲角度；s為變形機翼弧長；Θ為廣義轉角；M(x)為梁上x截面處的彎矩；EI為梁的抗彎剛度；R(x)為梁上x截面處的曲率半徑；

然后，針對構建的柔性形變計算模型，采用有限元方法進行求解，將機翼沿展向離散為n個單元，第i單元局部坐標系下的單元平衡方程為：

式中l_i為第i單元的長度，Θ_i為第i單元兩個端點的廣義轉角，M_i為第i個單元兩個端點的廣義力。

步驟S3所述的建立無人機光伏組件接收太陽能輻射量與機翼變形的關系模型，具體為太陽能無人機光伏組件接收的太陽能輻射總量的計算公式如下：

q＝q_h+q_s+q_r