Abstract
Limited by its low energy capacity, small UAVs have short flight time. Therefore, it is of great significance to improve the endurance performance of small UAVs by applying solar energy technology and dynamic soaring technology which can obtain external energy. This paper analyzes the energy exchange principle of small UAVs using solar energy technology and dynamic soaring technology, and works out the strategy of maximum energy gain. Small UAV flight dynamics model combined with solar power-energy system was built, choosing surround flight path at twilight moment for simulation validation. The advantages of small solar UAV using dynamic soaring technology in energy acquisition in hovering flight and pure dynamic gliding flight are verified, compared with traditional solar vehicle. The significance of combining the two energy acquisition technologies to improve the endurance of small UAV is proved, which provides a basis for further study of all-weather uninterrupted flight in the future.
Highlights
摘 要:小型无人机由于其自身携能能力限制,滞空时间较短,因此通过应用太阳能技术和动态滑翔 技术获取外界能量对提升小型无人机续航性能意义重大。 结合动态滑翔与太阳能各自的优势,从小 型无人机能量交换角度入手,分析了采用太阳能技术与动态滑翔技术的飞行器飞行过程中的能量变 化原理,推导了结合 2 种获能技术的最大能量获取策略。 建立了基于梯度风场的小型无人机飞行动 力学模型,并将其与太阳能动力能源系统模型相结合,选择太阳能供应相对紧缺的黄昏时刻的环绕飞 行轨迹为目标航迹,利用建立的模型进行了仿真验证,验证了结合动态滑翔技术的小型太阳能无人机 相对于传统的太阳能飞行器盘旋飞行与纯动态滑翔飞行在能量获取上的优势,证明了结合 2 种技术 对小型无人机续航能力提升的重要意义,为今后进一步研究全天候不间断飞行提供了基础。
Journal of Aerospace Engineering, 2017, 231(9) :1593⁃1608 [7] 单上求, 侯中喜, 朱炳杰,等. 动态滑翔动力学建模与风梯度能量获取[ J] . 国防科技大学学报, 2015(4) :45⁃49 SHAN Shangqiu, HOU Zhongxi, ZHU Bingjie, et al Dynamics Modeling of Dynamic Soaring and Energy Gaining from the Wind Gradient[ J]
Limited by its low energy capacity, small UAVs have short flight time. It is of great signifi⁃ cance to improve the endurance performance of small UAVs by applying solar energy technology and dynamic soar⁃ ing technology which can obtain external energy
Summary
摘 要:小型无人机由于其自身携能能力限制,滞空时间较短,因此通过应用太阳能技术和动态滑翔 技术获取外界能量对提升小型无人机续航性能意义重大。 结合动态滑翔与太阳能各自的优势,从小 型无人机能量交换角度入手,分析了采用太阳能技术与动态滑翔技术的飞行器飞行过程中的能量变 化原理,推导了结合 2 种获能技术的最大能量获取策略。 建立了基于梯度风场的小型无人机飞行动 力学模型,并将其与太阳能动力能源系统模型相结合,选择太阳能供应相对紧缺的黄昏时刻的环绕飞 行轨迹为目标航迹,利用建立的模型进行了仿真验证,验证了结合动态滑翔技术的小型太阳能无人机 相对于传统的太阳能飞行器盘旋飞行与纯动态滑翔飞行在能量获取上的优势,证明了结合 2 种技术 对小型无人机续航能力提升的重要意义,为今后进一步研究全天候不间断飞行提供了基础。 本文从能量交换角度入手,分析了采用太阳能 技术与动态滑翔技术的飞行器飞行过程中的能量变 化原理,推导了结合 2 种获能技术的最大能量获取 策略;建立了基于梯度风场的小型无人机飞行动力 学模型,并将其与太阳能动力能源系统模型相结合, 使之能够较为准确地反映同时使用太阳能技术与动 态滑翔技术飞行器的飞行特征与能量变化规律。 利 用能量分析得到了综合应用 2 种技术的飞行器最佳 获能策略,通过对比太阳能飞行器传统盘旋、纯动态 滑翔飞行的飞行轨迹,对其能量收支变化进行了深 入分析研究,证明了结合 2 种技术能够为小型无人 机带来更大的能量优势,对提高小型无人机的续航 性能具有十分重要的意义,为今后研究全天候不间 断飞行提供了基础。 取的能量 Ewind 和经由太阳能动力能源系统获得的 太阳能 Esun;主要的能量支出来自空气阻力带来的 能量损失 ED 和动力系统做功消耗的能量 ET,其中 ET 消耗的能量会补充飞行器的机械能。 Ė sun -power = Psun( cos〈 nw ,ns 〉 ) - TV (14)
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Schedule a callMore From: Xibei Gongye Daxue Xuebao/Journal of Northwestern Polytechnical University
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