[发明专利]基于动态翱翔的变形翼飞行器能量管理方法

说明书

本发明公开了一种基于动态翱翔的变形翼飞行器能量管理方法，所述变形翼飞行器在进入预设高度的梯度风场后采用固定翼飞行模式飞行，该固定翼飞行模式采用动态翱翔优化路径以Rayleigh环方式进行飞行。使变形翼飞行器在逆风上升和顺风下降中获取能量，补充在转弯过程中消耗的能量，实现变形翼飞行器的远距离的飞行。

技术领域

本发明涉及变形翼飞行器能量管理领域，具体为一种基于动态翱翔的变形翼飞行器能量管理方法。

背景技术

目前的飞行器大部分为固定翼飞行器与扑翼飞行器，这两种翼面布局方式各有其优点，固定翼飞行器应用广泛，主要是靠螺旋桨或者涡轮发动机产生推力，固定翼产生升力来飞行，所以其飞行速度快，比较经济，运载能力大但其机械效率不高；而扑翼飞行器通过翼面的上下扑动同时产生升力和推力，具有效率高、尺寸小和重量轻的优点，并可应用于军事侦察，环境识别等方面。

飞行器在天空中飞行会消耗大量的能源，那么飞行器可否不携带任何能源却又能够持久飞行呢？在大气环境中，尤其是在贴近地面和海面处，由于剪切层的存在，当地的风速会随着高度而改变，这样的风场被称为梯度风场。人们观察到，信天翁可以一次飞行长达数千公里而几乎不拍打翅膀。rayleigh勋爵首次从飞行力学的角度分析了信天翁利用海面梯度风场获取能量的机理。信天翁利用梯度风场获能的飞行方式被称为动态滑翔。

飞行器在飞过梯度风场时空速会发生额外的改变，如果飞行器能够时刻从梯度风场中获取能量来补充它消耗的部分，那就可以实现长距离的飞行。

针对现有的问题，设计一种变形翼飞行器的能量管理策略，使变形翼飞行器在梯度风场中获取能量实现远距离飞行的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于动态翱翔的变形翼飞行器能量管理方法，结合扑翼与固定翼飞行器的飞行优势，为变形翼飞行器制定了一种飞行过程下的能量管理策略，实现变形翼飞行器在长航程飞行下利用梯度风场补充能量的一种飞行方式，提高变形翼飞行器的飞行距离。实现多种模式，多种场景下的任务执行需求。

本发明是通过以下技术方案来实现：

基于动态翱翔的变形翼飞行器能量管理方法，所述变形翼飞行器在进入预设高度的梯度风场后采用固定翼飞行模式飞行，该固定翼飞行模式采用动态翱翔优化路径以Rayleigh环方式进行飞行；

所述动态翱翔优化路径的具体算法包括以下步骤：

步骤1、根据变形翼飞行器中预设的动态翱翔路径中一个周期内的飞行轨迹，建立约束条件，具体如下：

V_amin≤V≤V_amax，C_Lmin≤C≤C_Lmax

其中，J是目标限制函数，γ为变形翼飞行器航迹角，为变形翼飞行器航向角；Va限制空速的范围；C_L为限制飞行过程中的升力系数的大小；E为一个动态翱翔周期中的能量变化；t为一个动态翱翔周期的时长；

步骤2、根据步骤1建立的约束条件，采用高斯伪普法得到动态翱翔优化路径。

优选的，所述动态翱翔优化路径包括逆风上升、高空转弯、顺风下降和低空转弯四个过程。

优选的，所述高空转弯和低空转弯的方向相同时，则变形翼飞行器在该区域驻留；所述高空转弯和低空转弯的方向相反时，则变形翼飞行器实现位置平移。

优选的，所述变形翼飞行器在起飞和降落阶段采用扑翼飞行模式飞行。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：