一種無人機燃油量安全保護返航方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無人機燃油量安全保護返航方法，在飛控計算機軟件中設(shè)置初始的裝載油量，根據(jù)發(fā)動機油耗與油門、氣壓高度的試驗關(guān)系表，設(shè)置一個實時剩余燃油量的計算函數(shù)，再結(jié)合無人機當(dāng)前的GPS位置和預(yù)定的航路經(jīng)緯度信息，進(jìn)行繼續(xù)沿航路降落到機場和原路返航回機場所需要的安全油量的估計，當(dāng)達(dá)到安全閥值后，飛控計算機自動屏蔽無人機操作人員進(jìn)行在線航路調(diào)整的指令，執(zhí)行沿預(yù)設(shè)航路繼續(xù)飛行回機場或原路返航的燃油量安全保護的緊急回場任務(wù)。
【專利說明】-種無人機燃油量安全保護返航方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明公開了一種無人機自動安全保護返航方法，尤其設(shè)及一種無人機剩余燃油 量自動安全保護返航的方法，屬于無人機【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著無人機應(yīng)用的開展，現(xiàn)在的無人機除了可W按照預(yù)定的航路進(jìn)行飛行W外， 還可W通過人為的在線航路調(diào)整指令，對突然發(fā)現(xiàn)的目標(biāo)進(jìn)行偵察或打擊。然而在該些實 時的額外任務(wù)過程中，剩余燃油量的掌握就成了一個安全隱患。目前有的無人機通過安裝 燃油量的傳感器進(jìn)行剩余燃油的監(jiān)測，但是由于沒有和回到機場所需油量進(jìn)行關(guān)聯(lián)報警， 并且由于無人機是通過無線電或者衛(wèi)星建立與地面操作人員的通信，假如出現(xiàn)通信故障， 那么剩余燃油量該一安全隱患就更加突出了，而通信故障已經(jīng)成為無人機故障架構(gòu)中最容 易發(fā)生的故障。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的技術(shù)解決問題；克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種無人機燃油量安全保護 返航方法，能夠?qū)o人機剩余燃油量計算與返回機場的所需燃油量估計相關(guān)聯(lián)，自動識別 燃油量不足W支持無人機按照設(shè)置航路飛行回機場的安全隱患，并且能夠克服通信鏈路故 障的因素，實現(xiàn)自動化處理，從而大大提高無人機的任務(wù)安全性。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案：一種無人機燃油量安全保護返航方法，其特征在于包括 W下步驟：
[0005] (1)通過發(fā)動機試驗得到耗油量化el_Ex、油口化r_Eng和氣壓高度H_Adc的擬合 曲線，即當(dāng)無人機處于某個氣壓高度區(qū)間時，耗油量與油口符合W下線性關(guān)系：當(dāng)x"《H_ Adc < xw，滿足化el_Ex = KnXIlir_Eng+bn，其中n = 1，2. . .，X為氣壓高度的具體數(shù)值，Kn 為擬合曲線系數(shù)，b。為偏移量；
[0006] (2)在無人機起飛前，按照無人機實際裝載油量和氣壓高度表的采集數(shù)據(jù)，地面向 飛行控制計算機裝訂步驟（1)獲得的擬合曲線、初始油量參數(shù)Fuel_Ini和初始高度H_Ini ; 同時在飛行控制計算機中設(shè)置一個剩余油量計算函數(shù)，剩余油量計算函數(shù)化el_Var，化el_ Var = Riel_Ini-Fuel_ExXKt，Kt為時間序列，化el_Var為當(dāng)前剩余燃油量，化el_Ex根據(jù) 擬合曲線檢索得到；
[0007] (3)在飛行過程中，飛行控制計算機實時計算無人機從當(dāng)前位置飛行完剩余預(yù)定 航路所需的最少燃油量化el_Aim，計算方法為；
[000引 （a)計算無人機從當(dāng)前高度下滑到初始高度的估計時間id. tdive
[0009]

【權(quán)利要求】
1. 一種無人機燃油量安全保護返航方法，其特征在于包括以下步驟： (1) 通過發(fā)動機試驗得到耗油量Fuel_Ex、油門Thr_Eng和氣壓高度H_Adc的擬合曲 線，即當(dāng)無人機處于某個氣壓高度區(qū)間時，耗油量與油門符合以下線性關(guān)系：當(dāng)xn< H_ Adc〈xn+1，滿足Fuel_Ex=KnXThr_Eng+bn，其中n= 1，2...，X為氣壓高度的具體數(shù)值，1為 擬合曲線系數(shù)，bn為偏移量； (2) 在無人機起飛前，按照無人機實際裝載油量和氣壓高度表的采集數(shù)據(jù)，地面向飛行 控制計算機裝訂步驟（1)獲得的擬合曲線、初始油量參數(shù)FuelJni和初始高度H_Ini;同 時在飛行控制計算機中設(shè)置一個剩余油量計算函數(shù)，剩余油量計算函數(shù)Fuel_Var，F(xiàn)uel_ Var=Fuel_Ini_Fuel_ExXKt，Kt為時間序列，F(xiàn)uelJar為當(dāng)前剩余燃油量，F(xiàn)uel_Ex根據(jù) 擬合曲線檢索得到； (3) 在飛行過程中，飛行控制計算機實時計算無人機從當(dāng)前位置飛行完剩余預(yù)定航路 所需的最少燃油量Fuel_Aim，計算方法為： (a) 計算無人機從當(dāng)前高度下滑到初始高度的估計時間 tdive
V.為無人機設(shè)計下降速度； dive (b)計算無人機下滑過程的所需油耗Fuel_ExdiTC: Fuel_Exdive= KxXThr_Eng_Dive+bx;其中Kx、bx為根據(jù)當(dāng)前氣壓高度H_Adc和下滑油 門Thr_Eng_Dive選取的參數(shù)； (c) 計算無人機平飛過程的所需油耗Fuel_Exflat Fuel_Exflat=KyXThr_Eng_Flat+by;其中Ky，by為根據(jù)當(dāng)前氣壓高度H_Adc和平飛油 門Thr_Eng_Flat選取的參數(shù)； (d) 根據(jù)步驟（a)、(b)、（c)的計算結(jié)果計算無人機飛行完剩余預(yù)定航路所需的最少燃 油量Fuel_Aim為：
其中：S_Aim為飛行完剩余預(yù)定航路的飛行路程，通過存貯在飛控計算機中的航路文 件中各個航點的經(jīng)度度信息與當(dāng)前無人機的經(jīng)煒度信息獲得； Vd為地速； (4) 在飛行過程中，飛行控制計算機實時計算無人機從當(dāng)前位置按已飛過的航路原路 返航所需的最少燃油量，計算方法為： (A)計算從當(dāng)前高度下滑到初始高度的估計時間f Lciixc
Vl.為無人機設(shè)計下降速度； v °dive (B) 計算無人機下滑過程的所需油耗Fuel_EXdive: Fuel_Exdive=KxXThr_Eng_Dive+bx;其中Kx、bx為根據(jù)當(dāng)前氣壓高度H_Adc和下滑油 門Thr_Eng_Dive選取的參數(shù)； (C) 計算無人機平飛過程的所需油耗Fuel_EXflat: Fuel_Exflat=KyXThr_Eng_Flat+by;其中Ky，by為根據(jù)當(dāng)前氣壓高度H_Adc和平飛油 門Thr_Eng_Flat選取的參數(shù)； (D) 根據(jù)步驟（A)、(B)、（C)的計算結(jié)果計算無人機按原路返航飛回機場所需要的最少 燃油量Fuel_Back為：
其中：S_Back為原路返航的飛行路程，通過存貯在飛控計算機中的航路文件中各個航 點的經(jīng)度度信息與當(dāng)前無人機的經(jīng)煒度信息獲得； Vd為地速； (5)飛行控制計算機實時對步驟（3)、（4)的計算結(jié)果進(jìn)行判斷，如果無人機當(dāng)前剩余 燃油量小于等于步驟（3)或步驟（4)計算的最少燃油量與安全冗余閾值的和，則無人機按 原路返航飛行或剩余預(yù)設(shè)航路飛行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無人機燃油量安全保護返航方法，其特征在于：所述步 驟（5)的判斷方法為： 條件I:Fuel_Var〈 = Fuel_Aim+Fuel_M 條件 2:Fuel_Var〈 = Fuel_Back+Fuel_M 其中Fuel_M為安全冗余閥值； 飛行控制計算機判斷條件1和條件2滿足的先后順序，如果條件1先滿足，條件2后滿 足，則無人機按原路返航飛行，如果條件2先滿足，條件1后滿足，則無人機按剩余預(yù)設(shè)航路 飛行。
【文檔編號】G01C21/20GK104501813SQ201410746281
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月8日
【發(fā)明者】王剛, 步召杰, 王德爽 申請人:中國航天空氣動力技術(shù)研究院