航空施药实时动态风场模拟方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及航空施药技术领域，具体而言，涉及一种航空施药实时动态风场模拟 方法和一种航空施药实时动态风场模拟系统。
【背景技术】
[0002] 在航空施药过程中，喷施药液雾滴粒在不同飞行状态条件下的变化过程是技术人 员关注的重要参数。在实验室中进行喷洒系统风洞试验研宄时，现有技术中通常采用人工 设定风洞风速为某一特定值，以模拟在不同条件下航空施药的风速条件。
[0003] 人工设定风洞流场速度的方式只能模拟飞行器在某一固定飞行模式的瞬时飞行 状态，无法进行全作业过程飞行状态的连续模拟，因而无法进行全作业过程喷洒系统的连 续工作特性试验仿真。人工设定风洞流场速度完全依赖于人的主观经验和通用试验测试数 据，不能根据特定飞行作业环境条件进行飞行状态模拟，因而不能对特定作业任务进行喷 施过程模拟和评估。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是，如何准确且连续地模拟飞行器的飞行状态，从而 得到连续的喷洒流场速度，进而对风洞进行连续且准确地控制，从而得到连续且准确的喷 洒液滴检测结果。
[0005] 为此目的，本发明提出了一种航空施药实时动态风场模拟方法，包括：S1，根据飞 行器的质量分布和外部形体参数生成飞行器的六自由度运动模型；S2,根据机翼每个操作 面的面积、偏转角度，计算所述飞行器受到的外力和外力矩；S3,根据所述外力和外力矩对 所述六自由度模型进行解算，计算所述飞行器的实时速度、位置、姿态；S4,根据所述实时速 度、位置、姿态计算所述飞行器上施药喷头所处的喷洒流场速度；S5,根据所述喷洒流场速 度控制风洞产生相应的气流场，在所述气流场中测量所述施药喷头施药的雾滴粒径。
[0006] 优选地，还包括：实时监测所述风洞中的气流场速度，判断监测到的气流场速度与 计算得到的喷洒流场速度是否相同，若不同，则根据计算得到的喷洒流场速度调节所述风 洞产生的气流场。
[0007] 优选地，通过皮托管实时监测所述风洞中的气流场速度，通过采集电路采集所述 气流场速度。
[0008] 优选地，所述外力包括：机体气动升力、机体气动阻力和机体测向力，所述外力矩 为机体气动升力力矩、机体气动阻力力矩和机体测向力力矩之和。
[0009] 优选地，所述步骤S4还包括：根据所述实时速度、位置、姿态生成所述飞行器的轨 迹，将轨迹上每点与其对应的雾滴粒径信息对应显示。
[0010] 本发明还提出了一种航空施药实时动态风场模拟系统，包括：模型生成单元，用于 根据飞行器的质量分布和外部形体参数生成飞行器的六自由度运动模型；计算单元，用于 根据机翼每个操作面的面积、偏转角度，计算所述飞行器受到的外力和外力矩，根据所述外 力和外力矩对所述六自由度模型进行解算，计算所述飞行器的实时速度、位置、姿态，根据 所述实时速度、位置、姿态计算所述飞行器上施药喷头所处的喷洒流场速度；控制单元和风 洞，所述控制单元用于根据所述喷洒流场速度控制风洞产生相应的气流场；测量单元，用于 在所述气流场中测量所述施药喷头施药的雾滴粒径。
[0011] 优选地，还包括：监测单元，用于实时监测所述风洞中的气流场速度，并发送至所 述控制单元，所述控制单元判断监测到的气流场速度与计算得到的喷洒流场速度是否相 同，若不同，则根据计算得到的喷洒流场速度调节所述风洞产生的气流场。
[0012] 优选地，所述监测单元包括：皮托管和采集电路，其中所述皮托管用于实时监测所 述风洞中的气流场速度，所述采集电路用于采集所述气流场速度。
[0013] 优选地，所述外力包括：机体气动升力、机体气动阻力和机体测向力，所述外力矩 为机体气动升力力矩、机体气动阻力力矩和机体测向力力矩之和。
[0014] 优选地，还包括：轨迹生成单元，用于根据所述实时速度、位置、姿态生成所述飞行 器的轨迹；显示单元，用于将轨迹上每点与其对应的雾滴粒径信息对应显示。
[0015] 通过上述技术方案，能够对飞行器飞行过程中喷头所处的环境风场进行模拟，根 据特定作业任务对航空施药全过程风场速度参数进行仿真模拟，能针对特定作业任务进行 全过程喷施系统所处的喷洒流场环境进行准确地数字模拟和对雾滴粒径分布情况进行准 确地评估。
【附图说明】
[0016] 通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理 解为对本发明进行任何限制，在附图中：
[0017] 图1示出了根据本发明一个实施例的航空施药实时动态风场模拟方法的示意流 程图；
[0018]图2示出了根据本发明一个实施例的航空施药实时动态风场模拟系统的示意框 图；
[0019]图3示出了根据本发明一个实施例的航空施药实时动态风场模拟系统的结构示 意图。
【具体实施方式】
[0020] 了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施 方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例 及实施例中的特征可以相互组合。
[0021] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可 以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开 的具体实施例的限制。
[0022] 如图1所示，根据本发明一个实施例的航空施药实时动态风场模拟方法包括：S1， 根据飞行器的质量分布和外部形体参数生成飞行器的六自由度运动模型；S2,根据机翼每 个操作面的面积、偏转角度，计算飞行器受到的外力和外力矩；S3,根据外力和外力矩对六 自由度模型进行解算，计算飞行器的实时速度、位置、姿态；S4,根据实时速度、位置、姿态计 算飞行器上施药喷头所处的喷洒流场速度；S5,根据喷洒流场速度控制风洞产生相应的气 流场，在气流场中测量施药喷头施药的雾滴粒径。
[0023] 步骤S1中生成六自由度运动模型的过程具体如下：
[0024] 模拟过程中可以将飞行器视为刚体，其飞行过程即为刚体运动过程。首先根据飞 行器的质量分布和外部形状参数计算出刚体飞行器质量m和惯性张量I，将质量和惯性张 量带入牛顿欧拉方程建立飞行器在外力和力矩作用下的运动方程。方程如下：
[0025] 选用地面坐标系（假设为惯性系）作为静坐标系，机体坐标系作为动坐标系。在 机体坐标系中，飞行器在合外力F作用下的线运动方程表示为：
[0026]
【主权项】
1. 一种航空施药实时动态风场模拟方法，其特征在于，包括： S1，根据飞行器的质量分布和外部形体参数生成飞行器的六自由度运动模型； 52, 根据机翼每个操作面的面积、偏转角度，计算所述飞行器受到的外力和外力矩； 53, 根据所述外力和外力矩对所述六自由度模型进行解算，计算所述飞行器的实时速 度、位置、姿态； 54, 根据所述实时速度、位置、姿态计算所述飞行器上施药喷头所处的喷洒流场速度； 55, 根据所述喷洒流场速度控制风洞产生相应的气流场，在所述气流场中测量所述施 药喷头施药的雾滴粒径。
2. 根据权利要求1所述的航空施药实时动态风场模拟方法，其特征在于，还包括： 实时监测所述风洞中的气流场速度，判断监测到的气流场速度与计算得到的喷洒流场 速度是否相同，若不同，则根据计算得到的喷洒流场速度调节所述风洞产生的气流场。
3. 根据权利要求2所述的航空施药实时动态风场模拟方法，其特征在于，通过皮托管 实时监测所述风洞中的气流场速度，通过采集电路采集所述气流场速度。
4. 根据权利要求1所述的航空施药实时动态风场模拟方法，其特征在于，所述外力包 括：机体气动升力、机体气动阻力和机体测向力，所述外力矩为机体气动升力力矩、机体气 动阻力力矩和机体测向力力矩之和。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的航空施药实时动态风场模拟方法，其特征在于， 所述步骤S4还包括：根据所述实时速度、位置、姿态生成所述飞行器的轨迹，将轨迹上每点 与其对应的雾滴粒径信息对应显示。
6. -种航空施药实时动态风场模拟系统，其特征在于，包括： 模型生成单元，用于根据飞行器的质量分布和外部形体参数生成飞行器的六自由度运 动模型； 计算单元，用于根据机翼每个操作面的面积、偏转角度，计算所述飞行器受到的外力和 外力矩，根据所述外力和外力矩对所述六自由度模型进行解算，计算所述飞行器的实时速 度、位置、姿态，根据所述实时速度、位置、姿态计算所述飞行器上施药喷头所处的喷洒流场 速度； 控制单元和风洞，所述控制单元用于根据所述喷洒流场速度控制风洞产生相应的气流 场； 测量单元，用于在所述气流场中测量所述施药喷头施药的雾滴粒径。
7. 根据权利要求6所述的航空施药实时动态风场模拟系统，其特征在于，还包括： 监测单元，用于实时监测所述风洞中的气流场速度，并发送至所述控制单元， 所述控制单元判断监测到的气流场速度与计算得到的喷洒流场速度是否相同，若不 同，则根据计算得到的喷洒流场速度调节所述风洞产生的气流场。
8. 根据权利要求7所述的航空施药实时动态风场模拟系统，其特征在于，所述监测单 元包括：皮托管和采集电路，其中所述皮托管用于实时监测所述风洞中的气流场速度，所述 采集电路用于采集所述气流场速度。
9. 根据权利要求6所述的航空施药实时动态风场模拟系统，其特征在于，所述外力包 括：机体气动升力、机体气动阻力和机体测向力，所述外力矩为机体气动升力力矩、机体气 动阻力力矩和机体测向力力矩之和。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的航空施药实时动态风场模拟系统，其特征在 于，还包括： 轨迹生成单元，用于根据所述实时速度、位置、姿态生成所述飞行器的轨迹； 显示单元，用于将轨迹上每点与其对应的雾滴粒径信息对应显示。
【专利摘要】本发明涉及一种航空施药实时动态风场模拟方法和系统，该方法包括：根据飞行器的质量分布和外部形体参数生成飞行器的六自由度运动模型；根据机翼每个操作面的面积、偏转角度，计算飞行器受到的外力和外力矩；根据外力和外力矩对六自由度模型进行解算，计算飞行器的实时速度、位置、姿态；根据实时速度、位置、姿态计算飞行器上施药喷头所处的喷洒流场速度；根据喷洒流场速度控制风洞产生相应的气流场，在气流场中测量施药喷头施药的雾滴粒径。通过本发明的技术方案，能够根据特定作业任务对航空施药全过程风场速度参数进行仿真模拟，针对特定作业任务进行全过程喷施系统所处的喷洒流场环境进行准确地数字模拟和对雾滴粒径分布情况进行准确评估。
【IPC分类】G05D1-10, G01M9-02
【公开号】CN104571123
【申请号】CN201410743665
【发明人】徐旻, 陈立平, 唐青, 张瑞瑞, 徐刚
【申请人】北京农业智能装备技术研究中心
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月8日