一种无人机电动功率耗电量的控制方法与流程

本发明属于飞机动力技术领域，具体涉及一种无人机电动功率耗电量的控制方法。

背景技术：

目前在无人机领域，采用电动机作为动力的主要集中在微小型无人机、无人旋翼机和太阳能无人机，重量大且航时较长的无人机基本都采用了燃油动力系统，但是燃油动力系统排放的尾气会污染环境，存在燃油泄漏甚至着火的危险，电动飞机在国内外已有成功的应用，将现有的中小型燃油动力无人机改造为电动无人机，目前尚未出现此方面的研究成果。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种无人机电动功率耗电量的控制方法，能够保证无人机换装电推进系统后，性能基本不变，并较大幅度降低无人机使用成本的改造方法。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种无人机电动功率耗电量的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

a、拆除无人机的燃油动力系统，组装上电推进系统；

b、计算所需的最大推力fc，在电推进系统中，选择起飞时需要最大功率pc的电动机额定功率作为参考，计算无人机在起飞时，计算所需的最大推力，公式如下;

（一）

其中，a1为飞机起飞爬升时的加速度，vl为爬升结束时的平飞速度，vtk为起飞速度，β为爬升角，sc为爬升飞行的距离；d为阻力，s为机翼面积，ρ为空气密度，cd为阻力系数，fc为起飞时最大推力，m为无人机重量，g为重力加速度；

计算电动机最大功率pc，公式如下：

（二）

计算电动机实际所需功率pm，公式如下：

（三）

其中，ηp为无人机上的螺旋桨效率，ηe为电动机效率；

c、计算电动机耗电量,步骤如下：

s1、计算无人机地面等待阶段耗电量wwait，公式如下，：

（四）

其中，设置地面等待时间为1min，所需功率p为电动机额定功率pm的1/5；

s2、计算无人机地面滑跑阶段耗电量，公式如下；

（五）

其中，srun为滑跑距离，a2为滑跑的加速度，t为滑跑时间；

地面滑跑阶段电动机功率取爬升阶段起飞时功率的90%，由式（一）和（二）求出无人机起飞时需用最大功率的耗电量wrun，公式如下：

(六)

d、计算无人机爬升阶段耗电量，步骤步骤；

p1、计算为爬升结束时的平飞速度vl，公式如下：

（七）

p2、计算为爬升阶段耗电量wclimb，公式如下：

(八)

e、计算无人机巡航阶段的耗电量，公式如下；

（九）

（十）

其中，pcruise为无人机巡航阶段需用的功率，wcruise为无人机巡航阶段的耗电量，k为升阻比；

f、计算无人机下滑阶段的耗电量，公式如下；

（十一）

其中，h1为下滑高度，vg为下滑时间；

g、伞降回收阶段耗电量为0；

h、计算无人机设备用电耗电量：

计算用电设备wother的耗电量公式如下：

（十二）

（十三）

其中，pother为用电设备总功率，wsave为无人机30min巡航时间余量的电池余量；

s6、计算无人机总耗电量wcell，公式如下:

(十四)。

所述电推进系统包括锂电池组、电动机、电动机控制器、电源管理系统和螺旋桨。

本发明带来的有益效果有。

1、通过对燃油动力无人机进行电动化改造，对耗电量进行计算，可大大提高无人机的环保性，电动机相对于燃油发动机几乎可以做到零排放，大大减少了环境污染,同时也可降低噪音；电推进系统与燃油发动机系统相比，系统组成更加简洁，更利于维护，安全性更高（不存在燃油泄漏甚至着火的危险），也具有更高的可靠性（空中停车的可能性更低），电动化改造后无人机的控制将变得更加简单，同时还能降低使用成本（每次任务只需要充电，而不是耗费昂贵的燃油），能够使用户获得更好的经济效益。

附图说明

图1是本发明无人机电推进系统组成示意图。

图2是无人机任务剖面示意图。

图中标记：1.锂电池组，2.电动机，3.控制器，4.电源管理系统，5.螺旋桨。

具体实施方式

实施例1

如图1至2所示，一种无人机电动功率耗电量的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

a、拆除无人机的燃油动力系统，组装上电推进系统；

b、计算所需的最大推力fc，在电推进系统中，选择起飞时需要最大功率pc的电动机额定功率作为参考，计算无人机在起飞时，计算所需的最大推力，公式如下;

（一）

其中，a1为飞机起飞爬升时的加速度，vl为爬升结束时的平飞速度，vtk为起飞速度，β为爬升角，sc为爬升飞行的距离；d为阻力，s为机翼面积，ρ为空气密度，cd为阻力系数，fc为起飞时最大推力，m为无人机重量，g为重力加速度；

计算电动机最大功率pc，公式如下：

（二）

计算电动机实际所需功率pm，公式如下：

（三）

其中，ηp为无人机上的螺旋桨效率，ηe为电动机效率，实际选择电动机时应考虑20%~30%的余量；

c、计算电动机耗电量,步骤如下：

s1、计算无人机地面等待阶段耗电量wwait，公式如下，：

（四）

其中，设置地面等待时间为1min，所需功率p为电动机额定功率pm的1/5；

s2、计算无人机地面滑跑阶段耗电量，公式如下；

（五）

其中，srun为滑跑距离，a2为滑跑的加速度，t为滑跑时间；

地面滑跑阶段电动机功率取爬升阶段起飞时功率的90%，由式（一）和（二）求出无人机起飞时需用最大功率的耗电量wrun，公式如下：

(六)

d、计算无人机爬升阶段耗电量，步骤步骤；

p1、计算为爬升结束时的平飞速度vl，公式如下：

（七）

p2、计算为爬升阶段耗电量wclimb，公式如下：

(八)

s4、计算无人机巡航阶段的耗电量，公式如下；

（九）

（十）

其中，pcruise为无人机巡航阶段需用的功率，wcruise为无人机巡航阶段的耗电量，k为升阻比；

e、计算无人机下滑阶段的耗电量，公式如下；

（十一）

其中，h1为下滑高度，vg为下滑时间，这一阶段的需用功率取巡航阶段的80%；

f、伞降回收阶段耗电量为0；

g、计算无人机设备用电耗电量：

计算用电设备wother的耗电量公式如下：

（十二）

（十三）

其中，pother为用电设备总功率，wsave为无人机30min巡航时间余量的电池余量；

h、计算无人机总耗电量wcell，公式如下:

(十四)。

所述电推进系统包括锂电池组1、电动机2、电动机控制器3、电源管理系统4和螺旋桨5。

通过对燃油动力无人机进行电动化改造，对耗电量进行计算，可大大提高无人机的环保性，电动机相对于燃油发动机几乎可以做到零排放，大大减少了环境污染,同时也可降低噪音；电推进系统与燃油发动机系统相比，系统组成更加简洁，更利于维护，安全性更高（不存在燃油泄漏甚至着火的危险），也具有更高的可靠性（空中停车的可能性更低），电动化改造后无人机的控制将变得更加简单，同时还能降低使用成本（每次任务只需要充电，而不是耗费昂贵的燃油），能够使用户获得更好的经济效益。

在此具体实施实例中，除锂电池组外，其他机载设备重量变化不大，且锂电池组安装于全机重心附近，重心位置计算结果变化不大。因此无需对机上其他设备布置进行调整。如重量重心计算结果无法满足无人机使用要求，则需对无人机的总体布置进行调整。

以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。