[發(fā)明專利]一種考慮結(jié)冰影響的無(wú)人機(jī)動(dòng)力學(xué)建模方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110469422.3
• 申請(qǐng)日: 2021-04-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113191099A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李道春;姚卓爾;闞梓;趙仕偉;申童;向錦武
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/28
• 分類號(hào): G06F30/28;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 成都方圓聿聯(lián)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51241
• 代理人: 李鵬

本發(fā)明一種考慮結(jié)冰影響的無(wú)人機(jī)動(dòng)力學(xué)建模方法，通過(guò)以阻力系數(shù)的增量表征結(jié)冰嚴(yán)重程度，根據(jù)結(jié)冰嚴(yán)重程度建立結(jié)冰模型，計(jì)算結(jié)冰后氣動(dòng)參數(shù)，帶入無(wú)人機(jī)的平衡方程，以常規(guī)無(wú)人機(jī)動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)，考慮結(jié)冰造成的氣動(dòng)參數(shù)變化，建立結(jié)冰情況下無(wú)人機(jī)飛行動(dòng)力學(xué)模型。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)是：通過(guò)考慮結(jié)冰對(duì)于無(wú)人機(jī)氣動(dòng)參數(shù)的影響，能夠有效得到情況下無(wú)人機(jī)飛行性能情況，從而為相關(guān)設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)思想，提高無(wú)人機(jī)的全天候飛行能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無(wú)人機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種考慮結(jié)冰影響的無(wú)人機(jī)動(dòng)力學(xué)建模方法。

背景技術(shù)

無(wú)人機(jī)積冰是由于環(huán)境條件的影響引起在無(wú)人機(jī)上的結(jié)冰現(xiàn)象，其中明顯的水分以及合適的環(huán)境溫度或者低于零度的環(huán)境是引起積冰現(xiàn)象的主要關(guān)鍵因素。當(dāng)發(fā)生積冰現(xiàn)象時(shí)，會(huì)使無(wú)人機(jī)總體質(zhì)量增加、無(wú)人機(jī)尤其是機(jī)翼表面的氣動(dòng)外形發(fā)生變化，進(jìn)一步引起氣動(dòng)特性的改變，往往這些由于積冰引起的改變對(duì)于無(wú)人機(jī)而言是不利的，這將嚴(yán)重的影響執(zhí)行長(zhǎng)航時(shí)全天候飛行任務(wù)的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的性能。當(dāng)發(fā)生積冰時(shí)，若處理不妥當(dāng)，輕則惡化無(wú)人機(jī)的飛行性能降低飛行品質(zhì)，重則會(huì)發(fā)生無(wú)人機(jī)墜毀的事故，造成嚴(yán)重的損失。

長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)全天候飛行，積冰現(xiàn)象十分容易出現(xiàn)，且必須克服的一種天候條件，嚴(yán)重惡化無(wú)人機(jī)的全天候飛行性能。研究積冰后對(duì)于無(wú)人機(jī)全天候飛行能力的影響，改善和提高積冰條件下長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)的飛行性能對(duì)于無(wú)人機(jī)發(fā)展具有重要而深遠(yuǎn)的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種考慮結(jié)冰影響的飛行動(dòng)力學(xué)建模的方法，通過(guò)以阻力系數(shù)的增量表征結(jié)冰嚴(yán)重程度，根據(jù)結(jié)冰嚴(yán)重程度建立結(jié)冰模型，計(jì)算結(jié)冰后氣動(dòng)參數(shù)，帶入無(wú)人機(jī)的平衡方程，以常規(guī)無(wú)人機(jī)動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)，考慮結(jié)冰造成的氣動(dòng)參數(shù)變化，建立結(jié)冰情況下無(wú)人機(jī)飛行動(dòng)力學(xué)模型。

為了實(shí)現(xiàn)以上發(fā)明目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

一種考慮結(jié)冰情況的無(wú)人機(jī)動(dòng)力學(xué)建模方法，包括以下步驟：

步驟1、以結(jié)冰后阻力系數(shù)的增量描述結(jié)冰嚴(yán)重程度，計(jì)算得到表征結(jié)冰嚴(yán)重程度的參數(shù)；

步驟2、通過(guò)計(jì)算流體力學(xué)方法，計(jì)算結(jié)冰對(duì)無(wú)人機(jī)氣動(dòng)參數(shù)的影響參數(shù)；

步驟3、結(jié)合結(jié)冰嚴(yán)重程度的參數(shù)以及結(jié)冰前的氣動(dòng)參數(shù)，計(jì)算無(wú)人機(jī)結(jié)冰后的氣動(dòng)參數(shù)；

步驟4、將結(jié)冰后的氣動(dòng)力參數(shù)帶入無(wú)人機(jī)初始的平衡方程中，得到結(jié)冰影響的無(wú)人機(jī)飛行動(dòng)力學(xué)模型。

進(jìn)一步地，步驟1具體為：以結(jié)冰后阻力系數(shù)的增量描述結(jié)冰嚴(yán)重程度，計(jì)算得到表征結(jié)冰嚴(yán)重程度的參數(shù)η；

阻力系數(shù)的增量可通過(guò)以下公式計(jì)算：

ΔC_D＝Z₁A_cβg(f)

式中，Z₁為常數(shù)；A_c為翼面水滴累積因子；β為水滴收集率；f為凍結(jié)系數(shù)。

翼面水滴累積因子A_c的計(jì)算公式為：

式中，LWC表示空氣中的液態(tài)水含量；V為無(wú)人機(jī)的飛行速度；t為積冰時(shí)間；ρ_i為積冰的密度；c為弦長(zhǎng)。

結(jié)冰嚴(yán)重程度參量η表達(dá)式為：

ΔC_D(ac)為實(shí)際飛行條件下計(jì)算得到的阻力系數(shù)的增量；ΔC_D(ref)為通過(guò)NACA0012翼型計(jì)算得到的阻力系數(shù)增量。

進(jìn)一步地，步驟2具體為：通過(guò)計(jì)算流體力學(xué)方法，計(jì)算結(jié)冰對(duì)無(wú)人機(jī)氣動(dòng)參數(shù)的影響參數(shù)；