一种大展弦比太阳能飞机快速爬升方法与流程

1.本技术属于航空技术领域，特别涉及一种大展弦比太阳能飞机快速爬升方法。


背景技术：

2.太阳能飞机一般为飞行速度较低的大展弦比飞机，目前国内外太阳能飞机大多采用自行爬升的方法抵达预定空域和巡航高度，爬升速度相对较慢，且爬升时间相对较长，客观上存在长时间爬升占用空域的问题，以及长时间爬升过程中遭遇强阵风的风险。另外，由于自行爬升过程中伴随着能源的消耗必须要实时补充，所以一般太阳能飞机都需要在白天进行放飞。
3.因此，如何提高太阳能飞机爬升效率、去除或减少太阳能飞机放飞限制是一个需要解决的问题。


技术实现要素：

4.本技术的目的是提供了一种大展弦比太阳能飞机快速爬升方法，以解决现有太阳能飞机爬升能力不足并且只能在白天进行放飞的问题。
5.本技术的技术方案是：一种大展弦比太阳能飞机快速爬升方法，包括：
6.选择满足技术方案要求的飞机作为运载飞机，结合运载飞机与太阳能飞机左右机翼技术特点，选定合适的位置，为运载飞机加装用于固定太阳能飞机的安装架，在太阳能飞机相应位置，按选定的分离方法改装连接方式；
7.将太阳能飞机吊装至运载飞机背部进行固定连接，形成飞机组合体，制定飞机组合体的航线计划；
8.确定飞机组合体的使用限制和飞行使用条件，采集机场、天气、运载飞机和太阳能飞机的相关数据，判断当前状态是否能够满足滑跑起飞动作要求，若判断能够滑跑起飞，则控制运载飞机执行滑跑起飞动作，直至达到设定速度；
9.进行飞机快速爬升路线规划，确定爬升速度曲线，实时获取运载飞机与太阳能飞机当前状态，判断当前状态是否满足快速爬升动作要求，若判断能够进行快速爬升动作，则按照飞机快速爬升路线规划执行快速爬升动作；
10.判断飞机组合体是否爬升到目标空域与高度，若是，则向运载飞机和太阳能飞机发出平飞指令，运载飞机与太阳能飞机根据平飞指令调整设定的飞行姿态，直至运载飞机与太阳能飞机到达稳定平飞状态；
11.运载飞机与太阳能飞机空中分离完成后，运载飞机携带安装架返航，太阳能飞机恢复动力与操纵，开始任务巡航。
12.优选地，在太阳能飞机通过安装架固定到运载飞机上之后，将太阳能飞机保持到一产生零升力的负攻角位置。
13.优选地，所述运载飞机与太阳能飞机组合飞行前，在地面站内制定运载飞机与太阳能飞机的航线计划，并将航线计划至少分成起飞、爬升、平飞和空中分离四个阶段，并制
定每个阶段的飞行目标，所述运载飞机与太阳能飞机组合飞行过程中，运载飞机和太阳能飞机每隔一定时间将飞行参数发送至地面站，所述地面站上对应设置有相应飞机参数的显示界面，所述地面站根据当前信息判断运载飞机与太阳能飞机的当前飞行状态，并根据当前飞行状态更新下一阶段的航线计划，进而向运载飞机和太阳能飞机发出下一阶段的控制指令，运载飞机与太阳能飞机根据当前阶段的控制指令调整飞行速度和飞行姿态。
14.优选地，在运载飞机与太阳能飞机组合飞行过程中，及时判断前方一定距离内的航线上是否具有云团，若有，则地面站根据云团的位置和大小更改当前航线规划，判断绕过云团与进入到云团中部的路径大小，以路径最短的一条路线作为后续的航线规划。
15.优选地，所述运载飞机为有人或无人驾驶飞机；所述运载飞机为燃油动力、油电混合动力或电动力飞机。
16.优选地，在运载飞机与太阳能飞机组合飞行过程中，实时获取飞机组合体的爬升速度，判断飞机组合体的爬升速度是否小于等于太阳能飞机颤振边界；若是，则按照当前航线计划正常飞行；若否，则减少飞机组合体的爬升速度。
17.优选地，所述运载飞机与太阳能飞机采用背驮方式进行组合固定，所安装架上的固定连接点在运载飞机的左右机翼上至少设置一处。
18.优选地，在运载飞机与太阳能飞机组合飞行过程中，实时获取运载飞机的飞行速度与轴向载荷大小，并判断飞行速度与轴向载荷之间的相对比例因子大小，并设置速度阈值，当相对比例因子大于速度阈值时，则降低运载飞机的飞行速度；当相对比例因子小于速度阈值时，则增大运载飞机的飞行速度。
19.优选地，在运载飞机与太阳能飞机组合飞行过程中，实时获取运载飞机的过载，当运载飞机的法向过载小于1g时，则增大运载飞机的法向过载量；当运载飞机的法向过载大于1g时，则减小运载飞机的法向过载量。
20.本技术的一种大展弦比太阳能飞机快速爬升方法，通过先选用合适的运载飞机，通过安装架将太阳能飞机固定到运载上，形成飞机组合体，采集机场、天气、运载飞机和太阳能飞机的相关数据，控制飞机组合体滑跑起飞，直至到达爬升前所需的速度，而后进行飞机快速爬升路线规划，确定爬升速度曲线，实现快速爬升，在此过程中太阳能飞机不需要使用其动力系统，节省了太阳能飞机大量的动力，弥补太阳能飞机爬升能力的不足，达到任意时间窗口均可以快速放飞并爬升到目标巡航高度的目的，在到达目标空域和高度后，控制运载飞机与太阳能飞机分离即可。同时由于运载飞机能够在夜里进行起飞，极大减少了爬升时间和对空域的占用，提高安全性，并且随时可以放飞升空。
附图说明
21.为了更清楚地说明本技术提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本技术的一些实施例。
22.图1为本技术整体结构示意图；
23.图2为本技术整体流程示意图。
24.1、运载飞机；2、太阳能飞机。
具体实施方式
25.为使本技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
26.一种大展弦比太阳能飞机快速爬升方法，如图1-2所示，包括如下步骤：
27.步骤s100，组合飞机安装与选择
28.选择满足技术方案要求的飞机作为运载飞机1，优选地，运载飞机1可以为有人或无人驾驶飞机；同时运载飞机1可以为燃油动力、油电混合动力或电动力飞机。
29.运载飞机1和太阳能飞机2在组合飞行过程中实时与地面站进行信息交互，若运载飞机1为无人驾驶飞机，则完全通过地面站进行运载飞机1和太阳能飞机2的飞行控制，若运载飞机1为有人驾驶飞机，则有飞行员确定部分飞行控制，如飞行速度和飞行姿态的控制。
30.结合运载飞机1与太阳能飞机2左右机翼技术特点，选定合适的位置，考虑到结构布置、上下反转折、太阳能飞机2受到的气动载荷等因素，一般选择为运载飞机1左右机翼上的某一位置，在该位置为运载飞机1加装用于固定太阳能飞机2的安装架，在太阳能飞机2相应位置，按选定的分离方法改装连接方式。连接方式可以选择轴向或者垂向连接，连接方式可以采用常规的可拆卸连接方式，如螺钉等。
31.在具体选择时，优选地，运载飞机1展长不小于太阳能飞机2展长的40％，运载飞机1重量不小于太阳能飞机2的5倍，以保证稳定性。
32.步骤s200，组合飞机组装
33.将太阳能飞机2吊装至运载飞机1背部进行固定连接，优选地，采用背驮方式进行组合固定，所安装架上的固定连接点在运载飞机1的左右机翼上至少设置一处，视情增加机身连接，组装完成后形成飞机组合体，而后制定飞机组合体的航线计划；
34.安装架应可以为太阳能飞机2预设固定攻角或动态调节太阳能飞机2攻角。如选择预设固定攻角，则应保持飞机组合体平飞的时候，太阳能飞机2为产生零升力的某一个负攻角(该角度由太阳能飞机2本体气动特性决定)，以提升抗风能力和安全性。
35.当飞机组合体组装完成后，根据组合后的飞机组合体特点制定针对性的航线计划，在起飞和爬升过程由运载飞机1负责飞机组合体的动力和操纵，太阳能飞机2以节电为主。
36.航线计划在地面站内进行指定，并在滑跑起飞前即制定完成，并将航线计划至少分成起飞、爬升、平飞和空中分离四个大阶段，每个大阶段可以根据不同的航程和/或高度制定若干个小阶段，并制定每个阶段的飞行目标，在地面站内每个小阶段完成后，均获取当前阶段的飞行数据判断该阶段的飞行目标是否完成，若完成，则正常执行下一阶段的飞行计划；若未完成，则实时调整下一阶段的飞行计划，直至调整至设定的飞行计划的范围内。
37.运载飞机1与太阳能飞机2组合飞行过程中，运载飞机1和太阳能飞机2每隔一定时间将飞行参数发送至地面站，地面站上对应设置有相应飞机参数的显示界面，地面站根据当前信息判断运载飞机1与太阳能飞机2的当前飞行状态，并根据当前飞行状态更新下一阶段的航线计划，进而向运载飞机1和太阳能飞机2发出下一阶段的控制指令，运载飞机1与太阳能飞机2根据当前阶段的控制指令调整飞行速度和飞行姿态等。
38.地面站对运载飞机1的飞行状态信息采集至少包括动力系统、燃油系统、定位、导航、姿态及相关信息的采集与处理；对太阳能飞机2只启动定位、导航、姿态及相关信息采集
与处理；运载飞机1与太阳能飞机2的定位一般采用gps、北斗导航，也可以采用其它定位方式。
39.地面站主要与运载飞机1和太阳能飞机2的飞控系统进行信息的交互，而后再通过飞控系统将交互信息传递至其它的系统。
40.步骤s300，飞机组合体滑跑起飞
41.在飞行过程中，由于太阳能飞机2完全暴露于运载飞机1的上方，这样太阳能飞机2在飞行过程中的稳定性会受到气动特性的影响，因此需要对飞机组合体的飞行速度和姿态进行实时的把控，以保证飞机组合体的飞行稳定性。
42.确定飞机组合体的使用限制和飞行使用条件，至少采集机场、天气、温度、风力、运载飞机1和太阳能飞机2的相关数据，判断当前状态是否能够满足滑跑起飞动作要求，若判断能够滑跑起飞，则控制运载飞机1执行滑跑起飞动作，直至达到设定速度，该设定速度即为飞机爬升时需要达到得到初始速度；在滑跑起飞时，每达到一定的速度，均将当前的飞行数据反馈至地面站内，地面站根据反馈的信息判断当前飞行状态是否在当前阶段的航线计划范围内，若是，则按照当前航线计划继续滑跑起飞；若否，则相应的调整航线计划。
43.在滑跑起飞和飞行过程中，太阳能飞机2的螺旋桨可以是自由旋转的风车状态，也可以保持固定。
44.步骤s400，飞机组合体爬升
45.进行飞机快速爬升路线规划，确定爬升速度曲线，该阶段可以设置相应的气动力模型或者飞机爬升模型，通过对爬升路线进行模拟从而确定最合适的爬升速度曲线，以实现高效爬升。指定完成的爬升速度曲线可以存储在地面站内，也可以同时存储在运载飞机1和太阳能飞机2内。
46.根据爬升速度曲线可以将飞机组合体的爬升分成若干个阶段，而后通过地面站、运载飞机1和太阳能飞机2的数据交互来进行实时控制，具体控制方法为：
47.实时获取运载飞机1与太阳能飞机2当前状态，判断当前状态是否满足快速爬升动作要求，包括速度、姿态等要求，若判断能够进行快速爬升动作，则按照飞机快速爬升路线规划执行快速爬升动作，若某一阶段未完成当前爬升目标，则通过地面站调整当前的爬升速度曲线。
48.优选地，在运载飞机1与太阳能飞机2组合飞行过程中，实时获取飞机组合体的爬升速度，判断飞机组合体的爬升速度是否小于等于太阳能飞机2颤振边界；若是，则按照当前航线计划正常飞行；若否，则通过地面站进控制减少飞机组合体的爬升速度，以保证在爬升过程中，太阳能飞行始终能够处在稳定的飞行状态。
49.优选地，在运载飞机1与太阳能飞机2组合飞行过程中，实时获取运载飞机1的飞行速度与轴向载荷大小，并判断飞行速度与轴向载荷之间的相对比例因子大小，并设置速度阈值，当相对比例因子大于速度阈值时，则降低运载飞机1的飞行速度；当相对比例因子小于速度阈值时，则增大运载飞机1的飞行速度，该设计下爬升过程中飞机组合体的飞行速度会发生缓慢变化，以降低轴向载荷。
50.优选地，在运载飞机1与太阳能飞机2组合飞行过程中，实时获取运载飞机1的过载，当运载飞机1的法向过载小于1g时，则增大运载飞机1的法向过载量；当运载飞机1的法向过载大于1g时，则减小运载飞机1的法向过载量，以提升组合体及太阳能飞机2安全，以降
低飞行风险。
51.优选地，在运载飞机1与太阳能飞机2组合飞行过程中，及时判断前方一定距离内的航线上是否具有云团，若有，则地面站根据云团的位置和大小更改当前航线规划，判断绕过云团与进入到云团中部的路径大小，以路径最短的一条路线作为后续的航线规划，其中，进入到云团中部时保证飞机组合体整机进入到云团内。以尽量避免单侧机翼穿越云团的情况，降低飞行风险。
52.优选地，运载飞机1与太阳能飞机2组合飞行时，应采用尽量保持飞机的侧滑角在较小的范围内的策略，以降低风险。
53.同时如果飞机组合体在飞行过程中，如果前方的航线出现危险区，则可以采用绕过危险区的方式更改当前航线规划。
54.步骤s500，飞机组合体平飞
55.判断飞机组合体是否爬升到目标空域与高度，若是，则向运载飞机1和太阳能飞机2发出平飞指令，运载飞机1与太阳能飞机2根据平飞指令调整设定的飞行姿态，直至运载飞机1与太阳能飞机2到达稳定平飞状态，在平飞状态下，运载飞机1与太阳能飞机2能够最稳定高效的分离。
56.步骤s600，飞机组合体分离
57.在达到设定的位置时，将当前状态信息反馈至地面站，地面站根据当前的高度、速度和姿态等信息判断是否能够执行空中分离，若是，则发出空中分离指令至运载飞机1和太阳能飞机2，运载飞机1与太阳能飞机2进行空中分离，通过控制运载飞机1与太阳能飞机2的速度与姿态，通过速度差来进行分离，比如利用轴向速度差的方式滑轨分离，运载飞机1目视完全脱离后，可以主动远离太阳能飞机2；运载飞机1与太阳能飞机2空中分离完成后，运载飞机1携带固定太阳能飞机2的安装架返航，完成太阳能飞机2快速爬升；太阳能飞机2恢复动力与操纵，以干净的构型开始任务巡航。
58.本技术通过先选用合适的运载飞机1，通过安装架将太阳能飞机2固定到运载上，形成飞机组合体，采集机场、天气、运载飞机1和太阳能飞机2的相关数据，控制飞机组合体滑跑起飞，直至到达爬升前所需的速度，而后进行飞机快速爬升路线规划，确定爬升速度曲线，实现快速爬升，在此过程中太阳能飞机2不需要使用其动力系统，节省了太阳能飞机2大量的动力，弥补太阳能飞机2爬升能力的不足，达到任意时间窗口均可以快速放飞并爬升到目标巡航高度的目的，在到达目标空域和高度后，控制运载飞机1与太阳能飞机2分离即可。同时由于运载飞机1能够在夜里进行起飞，极大减少了爬升时间和对空域的占用，提高安全性，并且随时可以放飞升空。
59.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种大展弦比太阳能飞机快速爬升方法，其特征在于，包括：选择满足技术方案要求的飞机作为运载飞机(1)，结合运载飞机(1)与太阳能飞机(2)左右机翼技术特点，选定合适的位置，为运载飞机(1)加装用于固定太阳能飞机(2)的安装架，在太阳能飞机(2)相应位置，按选定的分离方法改装连接方式；将太阳能飞机(2)吊装至运载飞机(1)背部进行固定连接，形成飞机组合体，制定飞机组合体的航线计划；确定飞机组合体的使用限制和飞行使用条件，采集机场、天气、运载飞机(1)和太阳能飞机(2)的相关数据，判断当前状态是否能够满足滑跑起飞动作要求，若判断能够滑跑起飞，则控制运载飞机(1)执行滑跑起飞动作，直至达到设定速度；进行飞机快速爬升路线规划，确定爬升速度曲线，实时获取运载飞机(1)与太阳能飞机(2)当前状态，判断当前状态是否满足快速爬升动作要求，若判断能够进行快速爬升动作，则按照飞机快速爬升路线规划执行快速爬升动作；判断飞机组合体是否爬升到目标空域与高度，若是，则向运载飞机(1)和太阳能飞机(2)发出平飞指令，运载飞机(1)与太阳能飞机(2)根据平飞指令调整设定的飞行姿态，直至运载飞机(1)与太阳能飞机(2)到达稳定平飞状态；在达到设定的位置时，运载飞机(1)与太阳能飞机(2)进行空中分离，运载飞机(1)与太阳能飞机(2)空中分离完成后，运载飞机(1)携带安装架返航，太阳能飞机(2)恢复动力与操纵，开始任务巡航。2.如权利要求1所述的大展弦比太阳能飞机快速爬升方法，其特征在于：在太阳能飞机(2)通过安装架固定到运载飞机(1)上之后，将太阳能飞机(2)保持到一产生零升力的负攻角位置。3.如权利要求1所述的大展弦比太阳能飞机快速爬升方法，其特征在于：所述运载飞机(1)与太阳能飞机(2)组合飞行前，在地面站内制定运载飞机(1)与太阳能飞机(2)的航线计划，并将航线计划至少分成起飞、爬升、平飞和空中分离四个阶段，并制定每个阶段的飞行目标，所述运载飞机(1)与太阳能飞机(2)组合飞行过程中，运载飞机(1)和太阳能飞机(2)每隔一定时间将飞行参数发送至地面站，所述地面站上对应设置有相应飞机参数的显示界面，所述地面站根据当前信息判断运载飞机(1)与太阳能飞机(2)的当前飞行状态，并根据当前飞行状态更新下一阶段的航线计划，进而向运载飞机(1)和太阳能飞机(2)发出下一阶段的控制指令，运载飞机(1)与太阳能飞机(2)根据当前阶段的控制指令调整飞行速度和飞行姿态。4.如权利要求3所述的大展弦比太阳能飞机快速爬升方法，其特征在于：在运载飞机(1)与太阳能飞机(2)组合飞行过程中，及时判断前方一定距离内的航线上是否具有云团，若有，则地面站根据云团的位置和大小更改当前航线规划，判断绕过云团与进入到云团中部的路径大小，以路径最短的一条路线作为后续的航线规划。5.如权利要求1所述的大展弦比太阳能飞机快速爬升方法，其特征在于：所述运载飞机(1)为有人或无人驾驶飞机；所述运载飞机(1)为燃油动力、油电混合动力或电动力飞机。6.如权利要求1所述的大展弦比太阳能飞机快速爬升方法，其特征在于：在运载飞机(1)与太阳能飞机(2)组合飞行过程中，实时获取飞机组合体的爬升速度，判断飞机组合体的爬升速度是否小于等于太阳能飞机(2)颤振边界；若是，则按照当前航线计划正常飞行；
若否，则减少飞机组合体的爬升速度。7.如权利要求1所述的大展弦比太阳能飞机快速爬升方法，其特征在于：所述运载飞机(1)与太阳能飞机(2)采用背驮方式进行组合固定，所安装架上的固定连接点在运载飞机(1)的左右机翼上至少设置一处。8.如权利要求1所述的大展弦比太阳能飞机快速爬升方法，其特征在于：在运载飞机(1)与太阳能飞机(2)组合飞行过程中，实时获取运载飞机(1)的飞行速度与轴向载荷大小，并判断飞行速度与轴向载荷之间的相对比例因子大小，并设置速度阈值，当相对比例因子大于速度阈值时，则降低运载飞机(1)的飞行速度；当相对比例因子小于速度阈值时，则增大运载飞机(1)的飞行速度。9.如权利要求1所述的大展弦比太阳能飞机快速爬升方法，其特征在于：在运载飞机(1)与太阳能飞机(2)组合飞行过程中，实时获取运载飞机(1)的过载，当运载飞机(1)的法向过载小于1g时，则增大运载飞机(1)的法向过载量；当运载飞机(1)的法向过载大于1g时，则减小运载飞机(1)的法向过载量。

技术总结
本申请属于航空技术领域，为一种大展弦比太阳能飞机快速爬升方法，通过先选用合适的运载飞机，通过安装架将太阳能飞机固定到运载上，形成飞机组合体，采集机场、天气、运载飞机和太阳能飞机的相关数据，控制飞机组合体滑跑起飞，直至到达爬升前所需的速度，而后进行飞机快速爬升路线规划，确定爬升速度曲线，实现快速爬升，在此过程中太阳能飞机不需要使用其动力系统，节省了太阳能飞机大量的动力，弥补太阳能飞机爬升能力的不足，达到任意时间窗口均可以快速放飞并爬升到目标巡航高度的目的，在到达目标空域和高度后，控制运载飞机与太阳能飞机分离即可。极大减少了爬升时间和对空域的占用，提高安全性，并且随时可以放飞升空。并且随时可以放飞升空。并且随时可以放飞升空。


技术研发人员：矫燕 赵卓林 李志 徐咏明
受保护的技术使用者：上海夏佩尔信息技术有限公司
技术研发日：2022.12.15
技术公布日：2023/4/17