张茂权，陈海昕

清华大学 航天航空学院，北京 100084

小型无人机通常是指起飞重量不大于25 kg，最大飞行高度小于120 m的一类无人机[1]。由于其振动小、无污染、无排放等优势，已经成为无人机领域的发展热点[2]。小型无人机通常采用蓄电池作为能源，运载存储方便、使用灵活，其原理验证机制作简单，时间周期短。以小型无人机为平台，可以展开电动飞机设计方法、效率等方面的研究，也能搭载一定载荷完成航拍、测绘、监视等任务，在科学研究和实际应用方面都有重要价值[3-4]。

传统的飞机设计中，布雷盖公式[5]建立了飞机燃油消耗和航程航时之间的关系，根据燃油重量和耗油率可估算飞机的航程航时，并能获得达到最大航时(久航)和最大航程(远航)飞行的最佳飞行参数。对于电动飞机而言，电池放电过程不涉及重量的变化，布雷盖公式不再适用[6]。电池的放电功率取决于当前的飞行状态，一般而言，可以通过当前飞行参数计算得到电池的放电功率，进而可以得到航程航时与电池容量的关系[7]。然而蓄电池放电过程受到Peukert效应[8]的影响，电池的有效容量并非恒定，而是会受到放电电流的影响，电池的电压在放电过程中也不断降低，因此准确估计电动飞机的航程和航时，首先需要建立电池的放电模型。

此外，电池电压的变化将影响电机的工作状态，进而影响到螺旋桨的推力和扭矩，对飞行状态产生影响，需要设计合适的能量控制和优化控制方法[9]。本文首先通过理论分析建立了电机和螺旋桨构成的推进系统模型，然后结合飞行过程中的功率消耗实现了对航程航时的预测，并通过与实验数据对比，验证了理论模型的正确性。……