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专利号: 2021114874909
申请人: 华南农业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 飞行器;航空;宇宙航行
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种农用电动旋翼无人机的配置方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)、根据农用电动旋翼无人机中的各个模块的各项参数,拟合成农用电动旋翼无人机中的各个模块的拉力‑功率拟合方程,并建立无人机续航时间‑负载质量‑电池质量模型,以此制成续航时间、负载质量和电池质量三者关系的模型曲面;

(2)、根据动力冗余系数确定农用电动旋翼无人机在无人机续航时间‑负载质量‑电池质量模型的模型曲面上的配置线;所述动力冗余系数的计算方法为:(2‑1)、确定农用电动旋翼无人机在最大负载状态下的最大倾角和最小倾角;

(2‑2)、对最大倾角或最小倾角进行受力分析,得到电机的拉力与机身重力之间的关系,即在最大或最小倾角情况下无人机重力等于所有电机最大拉力下的最大倾角或最小倾角的余弦值,且动力冗余系数=起飞重量/所有电机最大拉力,其中,起飞重量=机身重力+作业负载;

(3)、利用配置线在模型曲面上的位置,将模型曲面划分为不同区域,得到农用电动旋翼无人机的工作运行图;

(4)、将厂商提供的标准配置参数输入工作运行图中,得到当前无人机的标准工作配置点;

(5)、根据无人机标准配置点所在位置进行农用电动旋翼无人机快速评估和续航能力的最优配置。

2.根据权利要求1所述的农用电动旋翼无人机的配置方法,其特征在于,在步骤(1)中,所述的无人机续航时间‑负载质量‑电池质量模型以电池质量、电池能量密度和工作负载为输入,将续航时间作为输出,其中,构建步骤为:(1‑1)、根据电池参数计算电池总能量,其中,电池总能量=电池质量✕电池能量密度✕安全放电系数;

(1‑2)、通过实验测量得到无人机一段时间内的平均悬停功率,得到续航时间表达式,其中,平均悬停功率等于农用电动旋翼无人机所有模块在悬停时的平均输出功率;

(1‑3)、续航时间表达式分别与无人机载荷分布规律、能耗分布规律、模块功率拟合系数整合后,最终得到无人机续航时间‑负载质量‑电池质量模型,其中,续航时间=电池总能量/平均悬停功率。

3.根据权利要求2所述的农用电动旋翼无人机的配置方法,其特征在于,在步骤(2)中,所述的配置线为给定动力冗余系数后,最大倾角和最小倾角对应最大负载状态下的参数配置变化线,其中,所述的配置线包括续航饱和线、最大续航配置线、空载配置线和最大重载配置线,且各自的确定方法为:所述续航饱和线为农用电动旋翼无人机的作业负载低于某确定值时,农用电动旋翼无人机在无人机续航时间‑负载质量‑电池质量模型中的续航曲线的最高点构成的连线;

所述最大续航配置线为农用电动旋翼无人机在有效负载配置范围内,续航时间曲线的最高点构成的连线;

所述空载配置线为农用电动旋翼无人机在不带作业负载情况下的配置线;

所述最大重载配置线为农用电动旋翼无人机在最大作业负载情况下的配置线。

4.根据权利要求3所述的农用电动旋翼无人机的配置方法,其特征在于,所述的配置线还包括轻载配置线和重载配置线,其中,所述轻载配置线和重载配置线的计算方法为:S1、计算最大负载状态下农用电动旋翼无人机的最大倾角和最小倾角对应的动力冗余系数的变化范围;

S2、将参数配置输入无人机续航时间‑负载质量‑电池质量模型得到两条配置线,其中,两条配置线的斜率=悬停功率✕所有电机的最大拉力✕动力冗余系数的倒数;

S3、计算所有电机在最小倾角对应最大负载状态下悬停功率的斜率,得到轻载配置线;

S4、计算所有电机在最大倾角对应最大负载状态下悬停功率的斜率,得到重载配置线。

5.根据权利要求4所述的农用电动旋翼无人机的配置方法,其特征在于,在步骤(3)中,根据配置线将模型曲面分为轻载配置区、理想配置区、负载截止区和饱和区,其中,所述轻载配置线与所述空载配置线形成所述轻载配置区;

所述轻载配置线与所述重载配置线和所述空载配置线形成所述理想配置区;

所述重载配置线与所述最大重载配置线形成所述负载截止区;

所述续航饱和线与所述最大续航配置线形成所述饱和区。

6.根据权利要求5所述的农用电动旋翼无人机的配置方法,其特征在于,所述的理想配置区是性能和续航能力的最优配置区域,通过改变轻载配置线和重载配置线来增大理想配置区,具体为:改变轻载配置线:减小最小倾角下所有电机的最大拉力和悬停输出功率,使得轻载配置线的斜率增大,轻载配置线会向轻载配置区移动,轻载配置区减小,理想配置区增大;

改变重载配置线:增大最大倾角下所有电机的最大拉力和悬停输出功率,使得重载配置线的斜率减小,重载配置线会向负载截止区移动,负载截止区减小,理想配置区增大。

7.根据权利要求6所述的农用电动旋翼无人机的配置方法,其特征在于,在步骤(4)中,通过改变空载配置线和最大重载配置线来增大农用电动旋翼无人机的工作运行图,以此增大农用电动旋翼无人机的工作运行区域。

8.根据权利要求1所述的农用电动旋翼无人机的配置方法,其特征在于,在步骤(4)中,所述的厂商提供的标准配置参数包括空机质量、标准电池质量和标准负载质量;所述的厂商提供的所有配置参数包括电机型号和桨叶型号。

9.根据权利要求1所述的农用电动旋翼无人机的配置方法,其特征在于,在步骤(5)中,根据无人机标准配置点所在位置可进行农用电动旋翼无人机的快速评估和续航能力最优配置,具体步骤为:根据无人机的标准工作配置点在工作运行图的所在位置,得到无人机所在区域的位置;

若标准工作配置点落在轻载配置区时,则作业负载小,通过增加电池配置,提高续航能力;

若标准工作配置点落在理想配置区时,则作业负载和电池配置安全匹配,性能和续航能力最优;

若标准工作配置点落在负载截止区时,则作业负载大,通过减少作业负载使其标准工作配置点达到理想配置区;

若标准工作配置点落在饱和区时,续航时间随电池增加而降低,应避免在饱和区选取配置参数。

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