对于固定翼工业无人机,航时和航程是最重要的飞行性能指标。航程远表示飞机活动范围大,使用区域受限少;航时久表示飞机留空时间长,单架次获得信息更多。航拍测绘、森林防护、巡逻侦察及运输等作业,均对无人机的航时和航程要求较高,以期减小出动架次,提高作业效率。对于固定翼无人机最重要的性能指标——航程和航时,我们又知道多少呢?本文就和大家一起探讨固定翼无人机航程航时的那些事儿。
固定翼无人机的航程是指无人机携带有效装载,在标准大气和无风(平静大气)情况下,沿着预定航线飞行,耗尽其可用燃料或可用电量所经过的水平距离,航程一般用R表示。
航时是指与航程同样大气条件下,耗尽可用燃料或可用电量所能持续飞行的时间,一般用t表示。无人机沿预定航线飞行,一般包括上升、巡航和下滑三个阶段。因此航程和航时应是三段分别的航程和航时的总和。即:R=R1+R2+R3;t=t1+t2+t3。航程和航时合称为无人机的续航性能,主要研究无人机能够飞多远、飞多久的问题。一般,对于大型无人机来说爬升和下降段的航程和航时只占航程和航时的10%左右;而对于小型无人机,一般爬升率较小,要在较高的高度飞行,爬升所需时间较多,爬升段所占航时的比重将增加。应注意的是,航程和航时是在标准大气和无风(平静大气)这一基准环境下定义的。简单说,所谓标准大气就是相对湿度为0,海平面大气温度为15℃,气压为101325Pa,空气密度为1.225kg/m3所对应的大气环境。在不同大气环境下,无人机的续航性能不同。就好比汽车,加满一箱油的续航里程,是需要在给定路况来测定的。高速路和乡村道路测出的续航里程和续航时间肯定是不一样的。
航程航时所首先带来的影响是无人机续航性能的是飞机的设计参数,主要包括飞机的升阻特性、发动机的性能、电池的容量、螺旋桨的气动特性、飞机结构重量等等。这些影响因素,在无人机出厂之前已经确定了,已经无法更改。而对于无人机飞手或者使用无人机作业人员来说,更关心的是飞行中的外部影响因素或可变影响因素对无人机续航性能的影响。这些因素也是我们讨论的重点。一架完成设计定型的无人机,其续航性能受到的外部影响因素和可变影响因素主要包括:任务载荷重量和能耗、飞行速度和高度、大气温度和湿度、飞行中机动动作、风及电池寿命等。
现如今无人机根据任务需求的不同,可以搭载不同的任务载荷如相机、激光雷达等等,不同的任务载荷,能耗也不同,任务载荷的能耗需求占用了无人机用于飞行的油量或电量。因此,任务载荷的能耗大,无人机的续航性能会下降,反之亦然。对于电动无人机,发动机的性能受高度和速度的影响较小,飞机续航性能变化主要是因为随飞行高度速度的变化,飞机的升阻特性变化较大,导致飞机不同高度、不同速度稳定平飞时的平飞需用推力和定距螺旋桨的工作状态不同,进而导致电动机的功耗不同,最终影响飞机的航程和航时。
