[实用新型]一种多旋翼无人机实时尾迹的仿真分析系统

说明书

本实用新型提供了一种多旋翼无人机实时尾迹的仿真分析系统。操纵输入模块读取操纵杆的输入指令，并将其转换成相应的整体电机油门量以及飞行目标量。飞控模块接收多旋翼无人机的姿态、位置及速度数据，并与预先设定的飞行姿态数据相比较，输出各电机油门的转速分配。螺旋桨模块计算各旋翼叶片的分段升力、总推力和总推力矩。流场模块用于计算旋翼盘产生的平均诱导速度。飞行动力学模块根据总推力、总推力矩及电机转矩，得到多旋翼无人机的姿态和速度数据。相比于现有技术，本实用新型能够有效地模拟入流速度增加对旋翼推力平均值和波动量的影响，提高中高速入流下的飞行仿真精度，让得到的仿真飞行状态更接近于实际运动状态。

技术领域

本实用新型涉及人在回路仿真领域，尤其涉及一种多旋翼无人机实时尾迹的仿真分析系统。

背景技术

仿真技术是伴随着计算机技术的发展而逐步形成的一类试验研究的新兴方法。由于仿真技术具有安全、高效、可控性、无破坏性、经济性、不受环境气候限制以及可多次重复等特点，其获得了十分广泛地应用。首先，由于仿真技术在应用上的安全性，航天、航空等一直是仿真技术应用的主要领域。其次，仿真技术在应用上的经济性是其被广泛应用的十分重要的因素，因为仿真技术的应用可以用较小的投资换取风险上的大幅度降低。在工程应用领域，根据仿真模型特点和实现方式的不同，飞行仿真大致可分为数字仿真、半实物仿真和人在回路仿真三种形式。数学仿真是指通过建立仿真模型、仿真算法、线性拟合、插值等方法，以纯软件在宿主机上实现仿真运行的一种方法，尤其适用于研究开发、方案论证和设计阶段。含实物仿真又称半实物仿真，这种仿真无需整个系统样机就能对回路的部分实物进行评定，含实物仿真试验必须实时运行。人在回路仿真是一种操作人员、飞行员、宇航员在系统回路中进行操纵的仿真试验。这种仿真试验能够对飞行器性能、回路中的操作人员技能和素质，或者整个人机系统做出评价。由于操纵人员在回路中，人在回路中的仿真系统必须实时运行。

在现有技术中，多旋翼无人机各旋翼的推力计算是飞行仿真的重要环节之一，同时旋翼推力也是无人机的动力源。以往通常采用推力系数的方法计算各旋翼的推力，该推力系数一般被设定为常数，由悬停状态下旋翼的推力测试获得。由于无人机飞行状态的复杂化，如飞行速度增大、外界风速升高等，各旋翼的推力不再相等，且随着风速的变化而变化，其各推力波动量也和来流速度的二次方成正比。因此在特殊飞行条件下，传统多旋翼无人机仿真方法已不再能真实地反映无人机的飞行状况。主要表现为以下两个方面：

1、入流速度的提高

由于飞行速度或外界风速的提高，多旋翼无人机各旋翼的入流速度将得到提高。与此同时，入流速度的提高将引起各旋翼的推力增加，并且推力波动量将随速度升高的二次方加剧。此外，旋翼转速的增加虽可以增加推力，但同时旋翼的平均诱导速度也将得到提高，而且平均诱导速度的变化是非线性的，诱导速度的提高将抵消一部分推力的增加，因此采用入流模型来计算各旋翼的推力将提高多旋翼无人机飞行仿真的准确性。

2、旋翼尾迹影响

与低速或低风速飞行不同，旋翼入流速度提高到一定阶段，其尾迹对下游流场的影响将显著增加，前方旋翼的尾迹将会对后方旋翼入流速度产生附加效应。并且该附加效应是随前方旋翼入流速度的变化而改变，该过程是非线性的。根据前文的描述，后方旋翼的入流改变引起后方旋翼推力以及推力波动量的改变，准确预测该变化可大大提高多旋翼无人机在复杂飞行状态下的仿真可信度。

实用新型内容

针对现有技术中的传统多旋翼无人机仿真方法不能真实反映无人机的飞行状况这一缺陷，本实用新型提供一种多旋翼无人机实时尾迹的仿真分析系统。

依据本申请的一个方面，提供了一种多旋翼无人机实时尾迹的仿真分析系统，包括操纵输入模块、飞控模块、螺旋桨模块、流场模块、电机模块和飞行动力学模块，其中：

操纵输入模块，用于读取操纵杆的输入指令，并将所述输入指令转换成相应的整体电机油门量以及飞行目标量；