基于六自由度模型的高空动态滑翔探究

刘思奇, 白俊强

(西北工业大学 航空学院, 陕西 西安 710072)

高空长航时无人机具有机动能力强、空间覆盖范围广、任务承载能力较强的特点，可对目标实施长时间侦察监视，同时运行成本和任务风险相较有人飞行器较低，在侦查、中继及区域通信等领域得到了越来越多的关注和应用[1]。为了进一步提高高空长航时无人机的任务能力，追求更长的续航时间与飞行距离成为了当下的研究热点之一。受信天翁等鸟类滑翔启发，研究人员将目光转向了从环境中获取能量的动态滑翔技术，有望成为进一步增加续航时间与飞行距离的关键技术之一。

动态滑翔技术通过合理的设计使飞行姿态与飞行轨迹之间相匹配，从而能够从横向梯度风场中获取额外能量减少飞行能量消耗，达到延长续航的目的，是一种新兴的增程技术。自然界中鸟类能够通过动态滑翔有效达到增加续航的目的：Sachs等对漂泊信天翁进行实验观察，发现其能够在13.2天内以81 W的飞行功率不间断地完成南佐治亚至西南太平洋的迁徙，整个飞行过程消耗相当于5.6～11.9 L汽油的能量，超过信天翁自身的能量储备总值[2]。动态滑翔技术在应用中不需对气动外形做出修改，应用灵活，可以用于各类飞行器。

近年来，随着模拟仿真技术与数值算法的进步，动态滑翔技术研究开始超越观察实验，在理论和应用上取得了新的发展。Zhao利用NPSOL软件模拟了动态滑翔飞行器的最小燃油消耗[3]，Sachs则研究了动态滑翔所需的最小风切变[4]。……