高九州, 段镇, 贾宏光

(1.中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033;2.中国科学院大学 大珩学院, 北京 100039)

0 引言

小型无人机结构简单、造价低廉、用途广泛,既可用于航拍、勘探、测绘、监测等民用方向,又可用于侦察、干扰、对抗、打击等军事用途。小型无人机固然灵活机动,但由于其重量轻、体积小、速度低,其在执行任务的过程中更易受到大气环境的影响,例如常值风、切变风、风紊流等[1-2]。统计数据表明,每三次天气因素造成的飞行事故中,就有1次是恶劣风况导致的。因此,研究风场对于无人机飞行姿态和航迹的影响是十分必要的。

对于大气风对无人机飞行姿态和航迹影响的研究,国外传统的方式是通过飞行试验采集数据,但该方法受经济、安全和测试等技术因素的制约,同时,地形、气候、时间的变化对试验结果也会产生较大的影响。近年来,飞行力学、计算机仿真等学科的飞速发展和交叉融合,使得依靠计算机仿真对环境影响进行量化评估成为可能,并具有高效、经济、安全、数据可靠等优点。该方法已逐渐成为工程实践中必不可少的方法之一,并在国内外得到广泛应用。

本文以中科院自主研发的某型无人机为例,将所建立的常值风场模型与六自由度空中飞行模型相融合,在不加控制系统的条件下,给出在定值风作用下的无人机空中飞行各状态量的变化情况,并分析其产生原因。

1 常值风场效应

假设大气环境为自西向东的常值风,则无人机不同飞行航迹状态下,地速、风速和空速三者之间的关系如图1所示[3-5]。……