[发明专利]一种基于飞行状态感知的智能飞行器及飞行方法

说明书

本发明公开了一种基于飞行状态感知的智能飞行器及飞行方法，所述飞行器表面分布大气参数测量装置、目标位置测量装置、飞行姿态测量装置和绕流条件测量装置。所述目标位置测量装置采用红外雷达或视觉传感器。通过布置在机身各处的传感器，对飞行器所处的环境进行自主感知，综合获取目标参数、大气参数、飞行姿态和绕流状态等参数。获得飞行器表面的压力或其他流动参数的变化，实现对飞行器的表面流态的实时监控。并且根据这些表面流态信息得到飞行器的受力情况，并根据受力情况，提前判断飞行器的运动趋势。本发明所提出的一种基于飞行状态感知的智能飞行器及飞行方法，对飞行器所处环境可进行自主感知，思考当前状态，并依据思考结果进行决策。

技术领域

本发明属于人工智能飞行器设计技术领域，具体是一种基于飞行状态感知的智能飞行器及飞行方法。

背景技术

在现代航空航天领域，人工智能正逐步推广其应用范围。以多轴为代表的蜂群式结构，将飞行器作为节点，以网络通讯和视觉技术为主，这是典型的人工智能机器人，也是当前人工智能飞行器的主流代表。这种智能飞行器，以功能多元化、分布网格节点化为特征，通过不同的模块化功能组合，借助信息通讯系统，将获取的信息实时传递、分析，从而实现既定目标，无人飞行器在整个系统中扮演着关键节点的作用。

过去数十年，随着通信技术的扩张，再加上电子元器件持续微型化，人工智能技术迎来它的黄金时代，智能飞行技术随之蓬勃发展。2016年，美国辛辛那提大学旗下的Psibernetix公司开发了人工智能飞行员“阿尔法AI”，在空战模拟中完胜具有丰富驾驶和作战经验的人类飞行员，这意味着人工智能技术的应用，将成为下一代先进战机的重要发展方向。

传统的飞行器中，缺少不了飞行员这一“大脑”。在飞行器飞行过程中，飞行员通过读取诸多仪表显示的数据，并且在较短的时间内判断当前飞行器的飞行姿态。针对具体飞行任务，驾驶员依据经验做出决策，操纵舵面，控制飞行。然而在飞行过程中，飞行器常常会遇到各种复杂非定常流动带来的突发状况。飞行员在处理突发事件时，面对这诸多困难：一方面，飞行员需要在极短的有效时间内接受处理仪表传来的大量信息，并且利用这些信息及时做出决策，操纵舵面，控制飞行器飞行。这种状态下发出的指令，不仅在执行条件上具有片面性，而且在执行时间上有延迟；另一方面，目前飞行器的飞行参数测量主要是飞机的姿态、速度、加速度、角速度、角加速度，当飞行器的获得这些参数的同时，飞行器的受力状态已经确认，并且飞行器的飞行姿态可能已经改变。由于这种测量手段的延迟，飞行器在复杂气流中受到非定常气动力影响，控制舵面可能出现失效甚至反效，进而诱发非指令性运动，导致飞行器失控，发生飞行事故。

当前无人机飞行控制，以程序飞行为主。通过事先输入的控制模型，对无人机进行点对点的程序流程飞行。控制程序受制于程序代码及飞行器动力学模型，对飞行器实时遇到的气流状态并不知晓。无人机在任务执行过程中，并不能掌握自身飞行的绕流状态，只机械地按照程序设定飞行。一旦气流条件超过预定飞行包线(限制包括：飞行高度、速度、马赫数、发动机性能、过载等)，很容易造成无人机失控坠毁。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于飞行状态感知的智能飞行器及飞行方法，该智能飞行器和智能飞行方法具有自主感知、自主决策能力，能够预知飞机的飞行状态，对飞行器的危险飞行状态进行必要的预警，保证飞行过程中的安全。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于飞行状态感知的智能飞行器，所述智能飞行器表面分布大气参数测量装置、目标位置测量装置、飞行姿态测量装置和绕流条件测量装置。所述目标位置测量装置采用红外雷达或视觉传感器。所述飞行姿态测量装置采用惯性导航系统、姿态角传感器或加速度传感器中的一种或数种。所述绕流条件测量装置采用表面孔式压力传感器、表面热膜、MEMS摩擦应力传感器、温度传感器或光学压力敏感涂层中的一种或数种。所述智能飞行器还包括计算中心和控制器。

进一步的，所述飞行器为具有固定翼特征的飞行器，包括常规布局、鸭翼布局和三翼面布局。