[发明专利]一种模式可选的平流层飞艇下降轨迹预测方法

说明书

本发明公开了一种模式可选的平流层飞艇下降轨迹预测方法，包括：确定飞艇下降时的放氦模式，并确定对应于所述放氦模式的初始输入参数；建立飞艇的气体模型、风场模型、热力学模型、动力学模型以及运动学模型，共同组成飞艇下降回收的数学模型；结合所述输入参数，在飞艇从初始高度开始下降后，利用数学模型解算飞艇在每个时间步长点的径向漂移量、纬向漂移量，基于此确定飞艇下降轨迹。本发明提供了两种下降模式供选择，在实际飞行时选定模式，计算出下降轨迹、漂移量、垂直下降速度及飞行参数的变化，便于工作人员找回任务载荷完成回收，经济成本大大降低，安全性显著提高。同时，本方法适用于所有类型平流层飞艇，计算简便，拓展性较强。

技术领域

本发明涉及浮空器航迹规划领域，具体涉及一种模式可选的平流层飞艇下降轨迹预测方法。

背景技术

平流层飞艇是一种新型的可在平流层高度执行预警监测、通信、广播转播、环境观测等多任务的平台系统。鉴于平流层飞艇所具备的诸多特点和优势，在军民用领域，平流层飞艇都有着迫切的应用需求和广阔的应用前景。

目前，国内对平流层飞行器下降轨迹方法的研究以高空气球为主，针对平流层飞艇下降轨迹的研究较少。平流层飞艇数学模型及操纵方式都与对流层飞艇相异，可以选择多种方式放氦下降，如：撕裂幅放氦、氦气阀门放氦等方式。国内大多采用单一的下降模式进行轨迹预测及分析。在下降过程中飞艇运动轨迹若无法有效预、轨迹预测不准，回收过程中无迹可寻，飞艇降落地点也无法确定，将直接导致任务失败，严重时还可能飞出指定空域发生安全事故，将给试飞带来极大安全隐患。国内急需一套模式可选的平流层飞艇下降轨迹预测方法，为试验试飞提供工程参考。

发明内容

本发明的目的是提供一种模式可选的平流层飞艇下降轨迹预测方法，提供多种下降模式供选择，在试飞前能根据实际飞行情况选择最优的下降方式，保证飞艇在指定空域内安全降落回收。

为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：

一种模式可选的平流层飞艇下降轨迹预测方法，包括：

确定飞艇下降时的放氦模式，并确定对应于所述放氦模式的初始输入参数；

建立飞艇的气体模型、风场模型、热力学模型、动力学模型以及运动学模型，共同组成飞艇下降回收的数学模型；

结合所述输入参数，在飞艇从初始高度开始下降后，利用所述数学模型解算飞艇在每个时间步长点的径向漂移量、纬向漂移量，基于此确定飞艇下降轨迹。

进一步地，所述飞艇下降时的放氦模式包括：

模式一：打开撕裂幅释放氦气使得飞艇产生能持续下降的净重；

模式二：打开氦气阀持续释放氦气使得飞艇产生能持续下降的净重；

氦气排放流量公式为：

式1中，q为氦气排气流量；A为氦气泄露面积；k为氦气阀的流量系数；D_p为氦气囊与外部空气压差；ρ_he为氦气囊内氦气密度；

对于参数A，当使用模式一时，A代表撕裂幅爆破面积，使用模式二时A代表氦气阀门的面积。

进一步地，所述对应于所述放氦模式的初始输入参数，包括：

模式一和模式二中的初始输入参数均包含下降初始时刻飞艇总质量、下降初始时刻氦气总质量、下降初始时刻飞艇飞行高度以及下降初始时刻飞艇体积；

对于模式一，还包括撕裂幅爆破面积；对于模式二，还包括氦气阀面积。

进一步地，所述气体模型如下式：