本發(fā)明涉及無人機的機載能源管理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氫燃料無人機及無人機續(xù)航時間估算方法。

背景技術(shù)：

無人機具有良好的靈活性和緊急機動性能，在軍事偵察、應(yīng)急救援、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。準(zhǔn)確的續(xù)航時間預(yù)測是保障無人機順利完成任務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)之一。

由于在實時飛行時，無人機的幾何形狀、自重、有效載荷、飛行速度、航跡規(guī)劃等因素都會對續(xù)航時間產(chǎn)生顯著影響。

如果能夠準(zhǔn)確地實時估算無人機和續(xù)航時間，并回饋給飛控管理系統(tǒng)和地面站，將有利于飛行任務(wù)制定、航區(qū)與航線設(shè)計、留空時間的有效利用等，從而提高無人機的有效利用率。由于無人機體積小、能源攜帶十分有限，其續(xù)航時間的準(zhǔn)確預(yù)測顯得更加重要。

現(xiàn)有的氫燃料電池市場，缺乏對于燃料電池對負(fù)載持續(xù)供能時間的推算，只能通過燃料電池對負(fù)載的實際供能情況測試來判斷，這樣成本很高，另外一方面對于不同的負(fù)載實際供能情況不一樣，缺乏實用性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決現(xiàn)有技術(shù)中缺乏對于燃料電池對負(fù)載持續(xù)供能時間的推算，只能通過燃料電池對負(fù)載的實際供能情況測試來判斷，這樣成本很高，另外一方面對于不同的負(fù)載實際供能情況不一樣，缺乏實用性的缺陷，提供一種通過對氣罐氣壓變化量以及輸出功率實際檢測值，從而對無人機續(xù)航時間進(jìn)行實時估算。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：一種攜帶氫燃料電池?zé)o人機，其特征在于：包括無人機本體，無人機本上安裝氫燃料電池，氫燃料電池包括一氣罐；

氣罐內(nèi)設(shè)置有用于檢測氣罐壓強用的壓強測試儀，以及一個剩余能量檢測器，氫燃料電池的輸出端電流與輸出電壓通過電壓、電流檢測電路實時檢測，整個飛行參數(shù)通過單片機輸出運算。

一種氫燃料無人機續(xù)航時間估算方法，其具體步驟如下：

步驟一、無人機內(nèi)安裝有氣罐，在無人機平穩(wěn)飛行中，采集無人機上的氣罐壓強與已知的氣罐容量，從而計算出氣罐剩余能量Qr；

步驟2：根據(jù)氣罐剩余能量Qr和質(zhì)子交換膜燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率ηe,可得無人機可用能量Qe＝Qr·ηe

步驟3：在無人機飛行中，采集無人機各個時刻氫燃料電池輸出電流值和電壓值，計算出無人機飛行過程中的平均放電電流Im和平均放電電壓Um；

步驟4：根據(jù)平均電流Im和電壓Um數(shù)據(jù)，計算無人機飛行平均輸出功率Prep＝Um·Im；

步驟5：根據(jù)氫燃料無人機飛行平均輸出功率Prep和無人機可用能量Qe，進(jìn)而得出實時的無人機飛行任務(wù)途中的剩余飛行時間Tr的結(jié)果，及Tr＝Qr·ηePrep(Tr＝Qr·ηe/Prep)。

其中，Prep為燃料電池平均輸出功率，ηe為氫燃料電池的放電效率，Qr為氣罐剩余能量。

上述為無人機靜止或者勻速運動狀況下的計算方法，但面對不一樣的工作任務(wù)和環(huán)境，無人機往往處于不斷變化著的運動形態(tài)，因此，我們增加了一種無人機非穩(wěn)定運行狀況下的航行時間估算：

通過一定時間Δt氣壓的變化量對應(yīng)該段時間內(nèi)的平均輸出功率Prep，可得該段時間內(nèi)的能量消耗Δw＝Prep·Δt；根據(jù)剩余能量W，根據(jù)WΔw＝TΔt，即可估算出剩余飛行時間T＝WΔw·Δt(T＝WΔw/Δt)。

一般情況下，通過檢測無人機上的氣罐壓強與氣罐容量，從而計算出氣罐剩余能量。再采集無人機飛行中各個時刻氫燃料電池輸出電流值和電壓值，進(jìn)一步得到輸出功率。根據(jù)剩余能量及平均輸出功率，得到穩(wěn)定狀態(tài)下無人機的續(xù)航時間。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過對于氣罐氣壓值和一系列其他實際檢測值，對無人機續(xù)航時間進(jìn)行實時估算，得到無人機續(xù)航時間，使無人機設(shè)備的可靠性，實用性及安全性大大提高。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明的實施例1的流程圖；

圖2為本發(fā)明的實施例2的流程圖。

具體實施方式

本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。

本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。

圖1為本發(fā)明的實施例1的流程圖，圖1中，為無人機在平穩(wěn)狀態(tài)下飛行所需要的各種參數(shù)及流程，不針對于特殊情況下的時間估算。

圖1中，通過無人機可用能量、無人機平均輸出功率來得到剩余飛行時間，而無人機可用能量通過檢測氣罐得知，通過氣罐壓強、氣罐剩余能量以及轉(zhuǎn)換效率計算得出無人機可用能量；

無人機平均輸出功率通過檢測電路檢測平均電流值、平均電壓值計算得出；

具體的說，通過檢測無人機上的氣罐壓強與氣罐容量，從而計算出氣罐剩余能量。再采集無人機飛行中各個時刻氫燃料電池輸出電流值和電壓值，進(jìn)一步得到輸出功率，根據(jù)剩余能量及平均輸出功率，得到穩(wěn)定狀態(tài)下無人機的續(xù)航時間。

具體計算步驟如下：無人機內(nèi)安裝有氣罐，在無人機平穩(wěn)飛行中，采集無人機上的氣罐壓強與已知的氣罐容量，從而計算出氣罐剩余能量Qr；

根據(jù)氣罐剩余能量Qr和質(zhì)子交換膜燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率ηe,可得無人機可用能量Qe＝Qr·ηe；

在無人機飛行中，采集無人機各個時刻氫燃料電池輸出電流值和電壓值，計算出無人機飛行過程中的平均放電電流Im和平均放電電壓Um；并根據(jù)平均電流Im和電壓Um數(shù)據(jù)，計算無人機飛行平均輸出功率Prep＝Um·Im；

最后，根據(jù)氫燃料無人機飛行平均輸出功率Prep和無人機可用能量Qe，進(jìn)而得出實時的無人機飛行任務(wù)途中的剩余飛行時間Tr的結(jié)果，及Tr＝Qr·ηePrep(Tr＝Qr·ηe/Prep)。

其中，Prep為燃料電池平均輸出功率，ηe為氫燃料電池的放電效率，Qr為氣罐剩余能量。

實施例2為在相對復(fù)雜的飛行情況下的計算方式；

如圖2所示，對于相對復(fù)雜的飛行情況，本實施例中，需要通過檢測一定時間內(nèi)氣罐氣壓的變化量以及該段時間內(nèi)的平均輸出功率，得到該段時間內(nèi)的能量消耗，通過與剩余能量的比例計算，可得出剩余能量在此條件下的飛行時間。

具體計算方式如下：通過一定時間Δt氣壓的變化量對應(yīng)該段時間內(nèi)的平均輸出功率Prep，可得該段時間內(nèi)的能量消耗Δw＝Prep·Δt；

本實施例中，根據(jù)剩余能量W，根據(jù)WΔw＝TΔt，即可估算出剩余飛行時間T＝WΔw·Δt(T＝WΔw/Δt)。

其中，Prep為燃料電池平均輸出功率，ηe為氫燃料電池的放電效率，Qr為氣罐剩余能量。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過對于氣罐氣壓值和一系列其他實際檢測值，對無人機續(xù)航時間進(jìn)行實時估算，得到無人機續(xù)航時間，使無人機設(shè)備的可靠性，實用性及安全性大大提高。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何不經(jīng)過創(chuàng)造性勞動想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書所限定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。