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申请/专利权人：南昌航空大学;江西秀普航空科技有限公司

摘要：本发明涉及一种串联式油电混合飞行器动力单元选型及悬停拉力分配优化方法，根据设计要求选择多组动力单元，获取这些单元的拉力和功率数据；对这些数据进行数值拟合，得到动力单元功率随拉力变化拟合函数；通过求和得到动力单元总功率，这将成为优化的目标函数；计算在最优功率下的燃油消耗量；绘制动力单元的拉力随飞行时间的曲线，拟合函数关系；测试动力单元的PWM信号与拉力的离散数据，拟合函数关系，结合动力单元随悬停时间的函数关系，推导PWM信号随悬停时间的变化关系。本发明在串联油电混动飞行器动力单元选型过程中快速选择出最优的动力单元组合，通过PWM信号与飞行时间的函数关系实现悬停时的最优控制，最大增长飞行器的悬停时间。

主权项：1.一种串联式油电混合飞行器悬停拉力分配优化方法，其特征在于，包括以下步骤：根据设计要求选择多组动力单元，并获取这些单元的拉力和功率数据；对这些数据进行数值拟合，得到动力单元功率随拉力变化的拟合函数；对功率求和，得到动力单元的总功率；动力单元的功率写为拉力的二次函数关系；用拉力T表示功率P；Pi＝fTi1P是每个动力单元的功率，T是动力单元的拉力；飞行器通常由若干动力单元组合而成；若设每个动力单元的功率为Pi，那么整个飞行器的总功率即为各动力单元功率的总和，通过将所有动力单元的功率相加即可得出总的功率函数； PTotalpower是动力单元的总功率；将该飞行器的总功率作为优化的目标函数；计算在最优功率下的燃油消耗量，并更新约束条件；优化的目标函数为该飞行器的总功率计算公式2，其约束条件为： MOverall是整机重量，Mstructure是整机结构重量，Munit是动力单元重量，MFuel是燃油的重量；约束条件包括：第一约束条件和第二约束条件；第一个约束条件是指动力单元的总拉力恒等于飞行器的总重量，从而使得飞行器可以在空中悬停；第二个约束条件是指飞行器的总重量由三部分组成，即机身的结构重量、动力单元的总重量和燃油的总重量；其中燃油的总重量会随着飞行器的飞行时间逐渐消耗掉；在每一个时间间隔内，计算出消耗的燃油重量，将这个重量更新到燃油的总重量中，即更新了目标函数的约束条件；使用遗传算法程序继续迭代，直到燃油消耗完毕；在迭代过程中，绘制出最优解过程的图形，得到最优路径；最优路径是指将迭代过程中的每一个拉力值和总功率记录下来，再将拉力数据和功率数据绘制在同一个三维图中，通过该图直观地观察出每一个动力单元拉力值和总功率的变化过程；绘制动力单元的拉力随飞行时间的曲线，并拟合函数关系；测试动力单元的PWM信号与拉力的离散数据，拟合函数关系；结合动力单元随悬停时间的函数关系，推导PWM信号随悬停时间的变化关系；PWM信号随悬停时间的函数即为无人机最优的悬停控制信号，飞控系统根据这个信号控制动力单元，以实现最低悬停使用功率和最长悬停时间。

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