Оптимизация режимных показателей батарейных БПЛА с дифференциальным сбросом веса полезной нагрузки


DOI: 10.34759/trd-2021-119-16

Авторы

Асланова А. Б.

Институт космических исследований природных ресурсов Национального аэрокосмического агентства, ул. С.С. Ахундова, 1, Баку, АZ1106, Азербайджан

e-mail: aslanova.a.b.@mail.ru

Аннотация

Очевидно, что расширение сферы применения БПЛА, оборудованных электрическими двигателями и батарейками (аккумуляторами) может вызвать необходимость учета фактора изменения веса в течение полета. К таким типам выполняемых задач беспилотниками можно отнести дифференцированную доставку полезного груза (распыление химикатов для уничтожения сельскохозяйственных вредителей, сброс воды в зоне лесных пожаров, сброс химических веществ для образования дождевых капель и т.д.). Таким образом, актуализируется вопрос об оптимизация режимных параметров БПЛА с учетом динамического изменения суммарного веса беспилотника в ходе полета. В статье сформулирована и решена задача определения оптимальной зависимости скорости полета БПЛА от веса батарейного беспилотника в режиме дифференциального сброса полезной нагрузки. Критерием оптимизации является условие минимизации среднеинтегральной величины силы преодоления аэродинамического сопротивления.

Показано, что оптимальная величина скорости полета батарейного беспилотника при этом прямо пропорциональна 1/3 степени веса БПЛА и обратно пропорционально 2/3 степени плотности воздуха.


Ключевые слова:

батарейный беспилотник, полезная нагрузка, оптимизация, целевой функционал, аэродинамическое сопротивление

Библиографический список

  1. Valencia E., Hidalgo V., Calle O. Weight and performance methodology of an UAV at cruise condition for precision agriculture // AIAA propulsion and Energy Forum, 10-12 July 2017, Atlanta, GA. DOI: 10.2514/6.2017-4868

  2. Grant R. Technical advances have the air force on the verge of refueling operations with no human present // AIR Force magazine, March 2012, pp. 36 — 40.
  3. Chang T., Yu H. improving electric powered UAVs endurance by incorporating battery dumping concept // Procedia Engineering, APISAT2014, 2015, vol. 99, pp. 168 — 179. DOI: 10.1016/j.proeng.2014.12.522
  4. Nygren C. K. P., Schulz M. R. R. Breguets formulas for aircraft range & endurance an applications of integral calculus // ASEE Annual Conference Proceedings, 1996. URL: https://peer.asee.org/5901
  5. Kyrkou C., Timotheou S., Kolios P., Theocharides T., Panayiotou C. Drones: Augmenting our quality of life // IEEE Potentials, 2019, vol. 38, no. 1, pp. 30 — 36. DOI: 10.1109/MPOT.2018.2850386
  6. Donateo T., Ficarella A., Spedicato L., Arista A., Ferraro M. Anew approach to calculating endurance in electric flight and comparingfuel cells and batteries // Applied energy, 2017, vol. 187, pp. 807 — 819. DOI: 10.1016/j.apenergy.2016.11.100
  7. Bongermino E., Mastrorocco F., Tomaselli M., Monopoli V.G., Naso D. Model and energy management system for a parallel hybridelectric unmanned aerial vehicle // IEEE 26th International Symposiumon Industrial Electronics (ISIE). Edinburgh, United Kingdom, 2017, pp. 1868 — 1873. DOI: 10.1109/ISIE.2017.8001534
  8. Xie Y., Savvaris A., Tsourdos A. Fuzzy logic based equivalentconsumption optimization of a hybrid electric propulsion system for unmanned aerial vehicles // Aerospace Science and Technology, 2019, vol. 85, pp. 13 — 23. DOI: 10.1016/j.ast.2018.12.001
  9. Jung S, Jeong H. Extended Kalman filter-based state of charge anstate of power estimation algorithm for unmanned aerial vehicleLi-Po battery packs // Energies, 2017, no. 10 (8), pp. 1237. URL: https://doi.org/10.3390/en10081237
  10. Damay N, Forgez C, Bichat M.P., Friedrich G. Thermal modeling of large prismatic LiFePO4/graphite battery. Coupled thermal andheat generation models for characterization and simulation // Journal of Power Sources, 2015, no. 283, pp. 37 — 45. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2015.02.091
  11. Yang X-H, Tan SC, He ZZ, Zhou YX, Liu J. Evaluation and optimizationof low melting point metal PCM heat sink against ultrahighthermal shock // Applied Thermal Engineering, 2017, no. 119, pp. 34 — 41. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2017.03.050
  12. Zhu C, Li X, Song L, Xiang L. Development of a theoreticallybased thermal model for lithium ion battery pack // Journal of Power Sources, 2013, no. 223, pp. 155 — 164. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2012.09.035
  13. Karimi G, Li X. Thermal management of lithium-ion batteries for electric vehicles // International Journal of Energy Research, 2013, no. 37 (1), pp. 13 — 24. DOI:10.1002/er.1956
  14. Трохов Д.А., Туркин И.К. К вопросу проектирования беспилотного летательного аппарата для решения разведывательных задач на море // Труды МАИ. 2014. № 78. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=53735
  15. Старовойтов Е.И. Характеристики лазерных локационных систем для коррекции бесплатформенной инерциальной навигационной системы беспилотных летательных аппаратов // Труды МАИ. 2018. № 102. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=98911
  16. Антонов Д.А., Жарков М.В., Кузнецов И.М., Лунев Е.М., Проньнкин А.Н. Определение навигационных параметров беспилотного летательного аппарата на базе фотоизображения и инерциальных измерений // Труды МАИ. 2016. № 91. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=75632
  17. Нуриев М.Г. Физическое моделирование помехоустойчивости электронных средств беспилотного летательного аппарата // Труды МАИ. 2018. № 102. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=99074
  18. Бухалев В.А., Болдинов В.А. Фильтрация сигналов при низкочастотных помехах в измерительного — информационных системах беспилотных летательных аппаратов // Труды МАИ. 2017. № 97. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=87283
  19. Ронжин А.Л., Нгуен В.В., Соленая О.Я. Анализ проблем разработки беспилотных летательных манипуляторов и физического взаимодействия БЛА с наземными объектами // Труды МАИ. 2018. № 98. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=90439
  20. Figliozzzi M. Modeling the sustainability of small unmanned aerial vehicles technologies. Final report. 2018, URL: https://pdxscholar.library.pdx.edu/cengin_fac/474/
  21. Traub L. W. Range and endurance estimates for battery-powered aircraft // Journal of Aircraft, 2011, vol. 48, no. 2, pp. 703 — 707. DOI:10.2514/1.C031027

  22. Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2022

Вход