【摘 要】
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太阳能无人机作为一种绿色能源无人机因其具有长航时甚至超长航时潜力,在军民应用领域愈发受到重视,已经成为当前国内外的研究热点。受限于太阳能电池的发电效率较低,同时受
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太阳能无人机作为一种绿色能源无人机因其具有长航时甚至超长航时潜力,在军民应用领域愈发受到重视,已经成为当前国内外的研究热点。受限于太阳能电池的发电效率较低,同时受机翼气动特性和结构强度约束,可铺设太阳能电池的面积有限,导致翼上太阳能电池的发电功率有限。为满足飞行过程供需功率动态平衡的同时有更多的能量存储于蓄电池,合理地控制太阳能无人机的姿态,规划最优飞行航迹显得至关重要。本文针对太阳能无人机任务飞行过程中有更多剩余能量用于存储的问题,以剩余功率最大为目标,开展飞行姿态优化研究,以平均剩余功率最大为目标,开展航迹规划研究。主要完成以下工作:(1)建立了无人机的运动学和动力学模型,为开展无人机姿态优化和航迹规划奠定了基础。(2)根据太阳相对地球的空间位置关系,建立了太阳能辐照模型;采用半经验公式建立了太阳能电池工程模型,并根据太阳能电池在机翼上的铺片方案,给出了太阳能机翼发电功率计算模型。(3)考虑姿态变化对翼面太阳光入射角度的影响,以及姿态与飞行需求功率变化的耦合关系,针对定常直线平飞、爬升或下降等典型飞行状态,以剩余功率最大为目标,建立了定常飞行的姿态优化模型,并采用内点法,进行飞行姿态的优化设计。(4)研究了以平均剩余功率最大为目标的最优航迹规划问题。以二维横向运动为切入点,采用高斯伪谱法给出横向最优轨迹,并将二维平面扩展到三维空间,给出三维空间内的最优航迹。
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