一种电动螺旋桨无人机等功率剖面测试方法与流程

本发明涉及无人机测试，尤其涉及一种电动螺旋桨无人机等功率剖面测试方法。

背景技术：

1、电动螺旋桨无人机以储能电池为能量源，驱动电动机和螺旋桨为全机飞行提供所需拉力。电动螺旋桨无人机对环境无污染，使用灵活、成本低、响应速度快，有着广阔的应用前景。可用于大气研究、天气预报、环境及灾害监测、农作物遥测、自然保护区监控等。

2、储能电池作为电动螺旋桨无人机的重要组成部分，对无人机的飞行性能和飞行安全具有至关重要的影响。一方面电池容量决定无人机的航程航时，另一方面电池的放电倍率、温升特性等影响无人机的机动性能。为了安全起见，在执行新飞行航迹前，需对电池放电特性、电池容量等进行摸底测试。常规测试方法仅对电池本体进行测试，包括对电池单体进行恒功率/恒电流充放电测试，或利用已有的飞行数据对电池进行变输出功率测试等，这些方法均只针对电池本体，且要么未进行动态考核、与实际不符，要么只适用于既定的、已经飞过的航迹，难以适用于新的航迹。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术不足，提出一种电动螺旋桨无人机等功率剖面测试方法，能够解决上述现有技术中的问题。

2、本发明的技术解决方案：一种电动螺旋桨无人机等功率剖面测试方法，包括以下步骤：

3、步骤一，基于新航迹，利用数学仿真软件完成飞行航迹的仿真，得到飞行参数、气动数据及拉力需求fpn；

4、步骤二，根据建立不同高度下、关于螺旋桨转速和速度的拉力表和扭矩表，根据不同转速、扭矩下测试得到的电动机效率，制作成关于转速和扭矩的二维电动机效率表；

5、步骤三，根据无人机的飞行高度h、飞行速度v及拉力需求fpn，利用螺旋桨拉力表和扭矩表，计算飞行剖面的功率；

6、步骤四，在全机环境下，开展动力系统测试，获得储能电池输出功率pbcs与螺旋桨转速npcs对应关系，利用无人机的总功率ptotal进行反插值即可得到等功率测试转速ncs；

7、步骤五，将此测试转速按照既定格式制作成输入文件，在全机环境下，通过上位机实现对电动机装置的控制，电动机驱动螺旋桨按照既定时间和转速旋转，即可完成等功率剖面测试。

8、进一步地，螺旋桨拉力表、扭矩表的制作方法为：根据螺旋桨转速、无人机飞行高度以及飞行速度范围，分别计算螺旋桨的拉力、扭矩，建立不同高度下、关于螺旋桨转速和速度的拉力表和扭矩表。

9、进一步地，转速和扭矩的二维电动机效率表的制作方法为：

10、根据电动机转速和扭矩范围确定测试的转速间隔δnm和扭矩间隔δmxm；在所述电动机效率测试的转速和扭矩范围、转速间隔和扭矩间隔基础上，发送转速指令nmcs(rpm)并进行扭矩mxmcs(n.m)加载，待电动机工作稳定后，记录电源母线电压ucs(v)和电流ics(a)数据，根据记录数据计算出电动机效率ηmcs：

11、ηmcs＝(mxmcs*nmcs)/9.55/(ucs*ics)

12、根据不同转速、扭矩下测试得到的电动机效率，制作成关于转速和扭矩的二维电动机效率表。

13、进一步地，飞行剖面功率计算方法为：

14、根据无人机的飞行高度h、飞行速度v及拉力需求fpn，利用螺旋桨拉力表和扭矩表，反插值得到螺旋桨的转速np和扭矩mxp；

15、利用螺旋桨的转速np和扭矩mxp、电动机与螺旋桨之间减速比i，获得电动机的工作转速nm和扭矩mxm：

16、

17、mxm＝mxp/i

18、利用电动机的工作转速nm(rpm)和扭矩mxm(n.m)，计算得到电动机的输出功率pmout(w)：

19、pmout＝nm*mxm/9.55

20、利用电动机效率表进行插值，可以得到电机效率ηmout，据此计算得到电动机的输入功率pmin：

21、pmin＝pmout/ηmout

22、结合全机电气设备功率pe、任务载荷功率pload及线损ploss，计算得到无人机的总功率ptotal：

23、ptotal＝pmin+pe+pload+ploss

24、至此，完成飞行剖面功率计算。

25、通过上述技术方案，可以获得任意飞行航迹下等功率剖面测试转速，通过上位机对电动机控制器进行控制，可以在全机环境下，对储能电池放电能力进行动态考核。本发明能够在全机环境下动态考核电池的电量及温升特性，并且适用于任意飞行航迹。该方法在工程上也易实现。

技术特征：

1.一种电动螺旋桨无人机等功率剖面测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种电动螺旋桨无人机等功率剖面测试方法，其特征在于，螺旋桨拉力表、扭矩表的制作方法为：根据螺旋桨转速、无人机飞行高度以及飞行速度范围，分别计算螺旋桨的拉力、扭矩，建立不同高度下、关于螺旋桨转速和速度的拉力表和扭矩表。

3.根据权利要求2所述的一种电动螺旋桨无人机等功率剖面测试方法，其特征在于，转速和扭矩的二维电动机效率表的制作方法为：

4.根据权利要求3所述的一种电动螺旋桨无人机等功率剖面测试方法，其特征在于，飞行剖面功率计算方法为：

技术总结本发明提供一种电动螺旋桨无人机等功率剖面测试方法，包括以下步骤：基于新航迹，得到飞行参数、气动数据及拉力需求F<subgt;pn</subgt;；根据建立不同高度下、关于螺旋桨转速和速度的拉力表和扭矩表和关于转速和扭矩的二维电动机效率表；利用螺旋桨拉力表和扭矩表，计算飞行剖面的功率；在全机环境下，开展动力系统测试，获得储能电池输出功率P<subgt;bcs</subgt;与螺旋桨转速n<subgt;pcs</subgt;对应关系，利用无人机的总功率P<subgt;total</subgt;进行反插值即可得到等功率测试转速n<subgt;cs</subgt;；电动机驱动螺旋桨按照既定时间和转速旋转，即可完成等功率剖面测试。本发明解决了不同飞行航迹全机环境下电池动态放电能力和温升特性预测的难题。技术研发人员：李凯,乐龙璋,许冬冬,贾振南,张花,杨发友,李庆受保护的技术使用者：海鹰航空通用装备有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/7/4