一种大型无人机重心控制方法、电子设备及存储介质与流程

1.本发明涉及无人机领域，特别涉及一种大型无人机重心控制方法、电子设备及存储介质。

背景技术：

2.在无人机的设计中，无人机重量和重心位置对无人机的操控非常重要，必须实时知晓飞机的重量和重心，按照控制律的预先算法，匹配相应的速度控制飞机的姿态和速度，保证无人机安全平稳飞行。
3.飞机外形设计完成后，气动焦点位置也就基本确定，气动焦点对于飞机控制非常重要，飞机重心与气动焦点位置关系是飞机纵向稳定性的决定因素，为保证安全飞行，飞机重心必须在气动焦点附近，可以说，气动焦点确定后，飞机的重心范围也就确定。
4.传统的方式是预先设置合理的耗油顺序来控制机上燃油的消耗，以维持重心在安全限制范围内，从而保证了飞机的飞行安全和品质，但该方法在一定程度上限制了飞机性能的进一步发展。
5.由于大型无人机任务的特殊性，飞机载油量巨大，燃油占最大起飞重量的比重越来越大(50％及以上)，为了燃油装载，同时兼顾任务载荷，油箱的布置不能按照传统的方法布置于飞机重心附近，有的油箱站位会远离飞机要求重心，偏移量较大，燃油重心对飞机重心影响明显，为匹配适应飞机飞行和使用过程中的重心变化要求，传统的方法是通过飞机机头雷达舱或者机身后部的配重块安装框，通过安装大量配重的方式来调整飞机重心，有时候为了将飞机的重心调整至控制要求重心范围，需要增加少则几公斤，多则几十公斤甚至上百公斤的配重块，配重块在飞行过程中作为无效载荷，严重制约了大型无人机的航时、航程、经济运行和任务载荷设备的装载量。

技术实现要素：

6.针对现有技术中存在的问题，提供了一种大型无人机重心控制方法、电子设备及存储介质，能够实时实现无人机的重心控制，而不增加配重块。
7.本发明采用的技术方案如下：一种大型无人机重心控制方法，包括：
8.获取无人机空机重量及空机重心确定目标重心位置，并根据气动焦点重心允许范围；
9.飞管计算机结合燃油箱位置及油量计算飞机实时重心；
10.根据飞机实时重心与目标重心位置的差值，确定飞机实时重心是否重心允许范围内，若不在，则根据目标重心位置按照最小出舵量计算出燃油输送路线指令，下发给燃油计算机；燃油计算机控制输油泵的上下电操作调整无人机重心至目标重心位置。
11.进一步的，燃油计算机通过控制输油泵的上下电操作，将偏离重心位置的燃油箱内的燃油优先消耗或者转移到其它油箱，直至调整后飞机重心与目标重心位置重合。
12.进一步的，在飞机重心与目标重心位置重合后，关闭输油泵，直到下次收到燃油计
算机控制指令后再开启；若飞机实时重心处于重心允许范围内，则不进行燃油输送。
13.进一步的，所述气动焦点由气动焦点数据计算得到，气动焦点数据根据风洞试验获取，并存储与机载计算机中。
14.进一步的，所述飞机实时重心计算方法为：
[0015][0016]
xc为飞机实时重心，x0为空机重心位置，g0为空机重心，xi为各个油箱站位，gi为各个油箱油量。
[0017]
进一步的，将目标重心位置代入飞机实时重心计算公式中，得到多条燃油输送路线，按照优先使用远端燃油箱内燃油的规则，选择最优一条燃油输送路线，控制各个油箱输油泵的上电时机。
[0018]
进一步的，每个燃油箱均安装有油量传感器，实时提供每个燃油箱内油量，并将该油量下对应的燃油重心通过rs422通讯协议，传递至飞管计算机。
[0019]
进一步的，所述气动焦点数据包括飞机攻角、襟翼、襟副翼的收起放下位置，存储在机载计算机内。
[0020]
本发明还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有能够被处理器加载并执行上述的大型无人机重心控制方法对应的计算机程序。
[0021]
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，其中，所述程序指令被处理器执行时用于实现上述的大型无人机重心控制方法对应的过程。
[0022]
与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：能够实现大型无人机的重心控制，保证燃油消耗过程中，燃油重心的稳定性；间歇性的开启输油泵，可减轻油泵负荷，减轻机上输油系统负担；彻底解决现有大部分无人机安装配重块的配平方案。
附图说明
[0023]
图1为本发明提出的大型无人机重心控制方法示意图。
[0024]
图2为本发明一实施例中无人机油箱布置图。
[0025]
附图标记：1-输油泵，2-监测输油泵状态的压力信号器。
具体实施方式
[0026]
下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的模块或具有相同或类似功能的模块。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。相反，本技术的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
[0027]
如图1所示，本实施例提出了一种大型无人机重心控制方法，通过调整各个不同飞机站位的油箱内载油量，调整不同油箱燃油的消耗顺序，通过目标重心解算出多条燃油输送路线，通过比较得到燃油消耗的最佳路线，并通过主动控制的动力源，将目标油箱中的燃油进行转输，并以最节能经济的模式运行，解算出最优函数，按照得出的最优解，控制燃油消耗顺序。
[0028]
在本实施例中，构建主动重心控制功能的系统架构，并通过无人机高精度的大气测量数据源，借助于高精度的油量测量系统，分析典型飞行工况下飞机油面角的变化，通过飞管计算机强大的解算能力，按照一定时间步长，计算飞机目标重心要求的函数，并按照函数求解最佳答案，并按照该结果，控制输油泵的上下电操作，来进行目标油箱内燃油的转输，保证燃油重心稳定和在要求操稳的范围之内，同时设置相关告警，当油箱内转输偏离预设的顺序时，能及时输出告警信号，并提示飞行席位相关操作人员，调整飞机飞行策略。
[0029]
具体方案如下：
[0030]
获取无人机空机重量xe及空机重心确定目标重心位置xc，并根据气动焦点重心允许范围；
[0031]
飞管计算机结合燃油箱位置及油量计算飞机实时重心；
[0032]
根据飞机实时重心与目标重心位置的差值，确定飞机实时重心是否重心允许范围内，若不在，则根据目标重心位置按照最小出舵量计算出燃油输送路线指令qi，下发给燃油计算机；燃油计算机控制输油泵的上下电操作调整无人机实时重心至目标重心位置。
[0033]
其中，燃油计算机通过控制输油泵的上下电操作，将偏离重心位置的燃油箱内的燃油优先消耗或者转移到其它油箱，直至调整后飞机重心x
cg
与目标重心位置重合。
[0034]
传统方法中，当实际重心偏离气动焦点较大时，通过出舵来保证飞机的稳定性，频繁的重心偏移会增加电动舵机的出舵频次，缩短舵机使用寿命，同时增大飞机阻力。为保证控制的稳定性，按照要求转输完成后，关闭相应油箱输油泵，进入下一个计算周期，满足重心要求时，可不进行转输油泵的开启，能够有效延长舵机使用寿命。
[0035]
在本实施例中，无人机目标重心位置由空机重心和气动焦点来共同决定，该数据来自于飞机前期设计的气动数据库和性能数据库，通过计算优化后得来。
[0036]
无人机飞行时，不同的任务构型挂载不同的任务设备，常见的任务载荷设备包含eo和sar等，eo和sar重量占比较大，占据飞机权重较大，由于安装位置不同，因此不同任务载荷设备对应的飞机空机重心范围也不尽相同，有时候存在较大偏离，通过地面维护设备，可以将飞机不同构型下的重心数据输入飞管计算机中，飞管计算机将数据记录并存储在飞管计算机内。
[0037]
根据任务情况进行加油，加油时飞机重心在限定范围之内，将燃油作为飞机配重进行匹配，飞机在使用过程中，对飞机油箱进行燃油装载量进行计算，并按照油箱占位实时计算飞机重心，当飞机重心偏离预设位置时，通过实时解算，按照重心函数进行计算，得出最优解，控制燃油进行燃油转输的输油泵的开启和关闭。
[0038]
安装于各个油箱的油量传感器，能够实时提供各个油箱内油量，各个油箱的油量传感器实时精确提供各个油箱的油量，并将该油量下对应的燃油重心通过rs422通讯协议，实时传递至飞管计算机，飞管计算机实时计算飞机当前重心，用于后续的重心控制。
[0039]
本实施例中，根据风洞试验获取气动焦点数据，数据包含不限于飞机攻角、襟翼、襟副翼(可由图1中机载大气系统提供)的收起放下位置等存储在机载计算机内，通过插值计算得到飞机气动焦点。
[0040]
通过飞机气动焦点，即可得到飞机重心要求范围，根据飞机重心要求范围即可通过不同油箱的输油调整飞机当前重心至重心要求范围。
[0041]
如图2所示为本实施例提出的一某大型高空长航时无人机油箱布置图，以该无人
机对本发明提出的重心控制方法进行介绍。
[0042]
为满足航时要求，共设置了12个油箱，油箱跨度范围大，油箱包含了机身油箱和机翼油箱，按照飞机坐标系进行划分，最前端1#机身油箱重心处于sta 2200附件，最后端的6#油箱重心处于sta 6500附近，按照飞机气动焦点可知，飞机控制重心要求为sta4200-4500。
[0043]
飞管计算机根据不同姿态解算出此刻飞机重心，并按照目标重心要求，将飞机重心计算公式进行优化后，在本实施例中，可以按照以下公式进行计算：
[0044][0045]
xc为飞机目标重心数据，x0为空机重心位置，g0为空机重心，xi为各个油箱站位(随油箱内燃油姿态变化而变化，可按插值进行计算)，gi为各个油箱油量(来自于高精度的油量测量系统)。空机重心位置和空机重心可以通过地面试验数据来确定，并支持地面维护设备进行该数值的输入；需要注意的是，在飞机构型发生变化时，需要重新输入。
[0046]
按照公式进行解算时，可以得到多个解，其中包含燃油转输量和输油箱的编号，按照燃油消耗规则，择优进行选取，优先使用远端燃油，使用远端燃油有诸多好处，当智能重心控制技术失效时，可以按照最简单的重力输油方式来完成燃油消耗，且不会导致过大的偏离。
[0047]
经计算后的数据，进行相应优化后，飞管计算机将指令输送至燃油计算机，燃油计算机控制相应的输油泵进行上电，并实时将各个油箱的油量反馈给飞管计算机；按照要求转输完成后，关闭相应油箱输油泵，进入下一个计算周期，满足重心要求时，可不进行转输油泵的开启。如图2所示，每个燃油箱都对应设置有一个输油泵1和监测输油泵状态的压力信号器2，用于控制燃油的输送。
[0048]
从按照正常燃油消耗顺序，离重心远端燃油首先进行输送，使用本发明的重心控制方法后，可能出现间歇性输油，在满足重心要求的前提下，最大幅度的节能，避免造成不必要的燃油流动，过于频繁的燃油流动，将会导致油液中静电的产生，静电对于系统安全及控制造成不必要的麻烦和风险。
[0049]
本发明的重心控制方法全程自动运行，无需人工干预，防止出现不必要操作失误，同时除正常工作模式以外，系统设置了退出智能重心控制技术的退出机制，退出该模式，退出该模式后，将会按照燃油系统预设的耗油顺序进行燃油转输。本方法通过调整飞机重心至气动焦点附近，可以最大限度释放舵机压力，解决传统方案中通过出舵量来解决偏离的问题，减轻气动阻力。
[0050]
实施例2
[0051]
本实施例还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有能够被处理器加载并执行实施例1所述的大型无人机重心控制方法对应的计算机程序。
[0052]
实施例3
[0053]
本实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，其中，所述程序指令被处理器执行时用于实现实施例1所述述的大型无人机重心控制方法对应的过程。
[0054]
需要说明的是，在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，
或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义；实施例中的附图用以对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0055]
尽管上面已经示出和描述了本技术的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本技术的限制，本领域的普通技术人员在本技术的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

技术特征：

1.一种大型无人机重心控制方法，其特征在于，包括：获取无人机空机重量及空机重心确定目标重心位置，并根据气动焦点重心允许范围；飞管计算机结合燃油箱位置及油量计算飞机实时重心；根据飞机实时重心与目标重心位置的差值，确定飞机实时重心是否重心允许范围内，若不在，则根据目标重心位置按照最小出舵量计算出燃油输送路线指令，下发给燃油计算机；燃油计算机控制输油泵的上下电操作调整无人机重心至目标重心位置。2.根据权利要求1所述的大型无人机重心控制方法，其特征在于，燃油计算机通过控制输油泵的上下电操作，将偏离重心位置的燃油箱内的燃油优先消耗或者转移到其它油箱，直至调整后飞机重心与目标重心位置重合。3.根据权利要求2所述的大型无人机重心控制方法，其特征在于，在飞机重心与目标重心位置重合后，关闭输油泵，直到下次收到燃油计算机控制指令后再开启；若飞机实时重心处于重心允许范围内，则不进行燃油输送。4.根据权利要求1所述的大型无人机重心控制方法，其特征在于，所述气动焦点由气动焦点数据计算得到，气动焦点数据根据风洞试验获取，并存储与机载计算机中。5.根据权利要求1所述的大型无人机重心控制方法，其特征在于，所述飞机实时重心计算方法为：x
c
为飞机实时重心，x0为空机重心位置，g0为空机重心，x
i
为各个油箱站位，g
i
为各个油箱油量。6.根据权利要求5所述的大型无人机重心控制方法，其特征在于，将目标重心位置代入飞机实时重心计算公式中，得到多条燃油输送路线，按照优先使用远端燃油箱内燃油的规则，选择最优一条燃油输送路线，控制各个油箱输油泵的上电时机。7.根据权利要求2所述的大型无人机重心控制方法，其特征在于，每个燃油箱均安装有油量传感器，实时提供每个燃油箱内油量，并将该油量下对应的燃油重心通过rs422通讯协议，传递至飞管计算机。8.根据权利要求4所述的大型无人机重心控制方法，其特征在于，所述气动焦点数据包括飞机攻角、襟翼、襟副翼的收起放下位置，存储在机载计算机内。9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有能够被处理器加载并执行如权利要求1-8中任一项所述的大型无人机重心控制方法对应的计算机程序。10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，其中，所述程序指令被处理器执行时用于实现权利要求1-8中任一项所述的大型无人机重心控制方法对应的过程。

技术总结

本发明提供了一种大型无人机重心控制方法，包括：获取无人机空机重量及空机重心，确定目标重心位置，并根据气动焦点重心允许范围；飞管计算机结合燃油箱位置及油量计算飞机实时重心；根据飞机实时重心与目标重心位置的差值，确定飞机实时重心是否重心允许范围内，若不在，则根据目标重心位置按照最小出舵量计算出燃油输送路线指令，下发给燃油计算机；燃油计算机控制输油泵的上下电操作调整无人机重心至目标重心位置。本发明能够实现大型无人机的重心控制，保证燃油消耗过程中，燃油重心的稳定性；间歇性的开启输油泵，可减轻油泵负荷，减轻机上输油系统负担；彻底解决现有大部分无人机安装配重块的配平方案。人机安装配重块的配平方案。人机安装配重块的配平方案。