基于能量管理的太陽能無人機(jī)航跡規(guī)劃

何子清

（中國人民解放軍63869 部隊(duì) 吉林省白城市 137000）

1 引言

自20 世紀(jì)70 年代以來，太陽能飛機(jī)已經(jīng)發(fā)展了一段路，國內(nèi)外一直都在研究高空長航時(shí)的問題，例如美國的第一架太陽能無人機(jī)“Sunrise I”，英國的“微風(fēng)”(Zephyr)太陽能無人偵察機(jī)，國內(nèi)的有無人機(jī)特種技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的周洲老師，研制出一款“太陽能WIFI 無人機(jī)”，續(xù)航時(shí)間可達(dá)十幾個(gè)小時(shí)。然而，太陽能的持續(xù)飛行是有挑戰(zhàn)性的，仍然存在難以解決的問題，需要技術(shù)的進(jìn)步，包括輕型飛機(jī)的設(shè)計(jì)，能量的轉(zhuǎn)化和存儲(chǔ)，以及飛行控制和航跡的優(yōu)化。

本文研究的目的通過改變飛機(jī)的飛行姿態(tài)以及飛行速度來增加獲得的能量，并通過使用從控制飛行高度獲得的重力勢能來提高飛行耐力。整個(gè)飛行過程中，需要一個(gè)最佳的飛行路徑，通過增加所獲得的能量的數(shù)量和減少用于推進(jìn)的能量來確保長期的耐久性。白天飛行主要是吸收太陽光的能量，目的是飛機(jī)能夠在飛行消耗能量的同時(shí)，為安全度過夜晚提供能量來源。通過建立每個(gè)飛行階段的能量函數(shù)，得出影響能量存儲(chǔ)的變量，通過飛行制導(dǎo)律使每個(gè)階段的能量函數(shù)最大。

2 問題描述

太陽能飛機(jī)在飛行過程中，首先要考慮的是太陽的位置，為了增加太陽光的吸收率，飛機(jī)的航向始終與太陽保持一致，且隨著高度的增加，大氣透射率不斷增強(qiáng)，結(jié)果進(jìn)一步獲得的能量增加。另一方面，消耗的能量由飛機(jī)的姿態(tài)、 空氣動(dòng)力特性和空氣密度決定。消耗的能量可以從飛機(jī)的規(guī)格來計(jì)算。……