「荟聚军事」基于模型的涡喷发动机耗油量计算( 二 ) 本文介绍了无人机发动机推力数学模型和

将得到的推力值再对耗油率曲线进行插值，即可最终得到当前时刻的耗油率的值。
无人机仿真软件实现
由于无人机不是独立存在的，它的工作狀态时时受到飞机工作状态的影响，例如飞机需要爬升，则发动机需要大油门，以提供大推力，保证飞机势能上升的同时，动能，也就是速度不会大幅度的下降。
通过vc++2010对无人机系统进行仿真和人机交互，采用定时器不停的采样无人机的工作状态，无人机动力学和运动学模型，采用美式坐标系，采用龙格库塔四阶算法进行12阶非线性微分方程解算，采用离散系统pid控制算法对无人机仿真航路进行管理和仿真，采用CtrIChart进行仿真界面曲线的绘制。全数字仿真系统软件模块流程图见图4 。仿真起飞开始的30s采用程序控制爬高， 30s后自动切入自主飞行模式。后续可以继续采用全程自主模式或人工引导模式，飞行过程中这两种模式可以相互切换，仿真界面见图5 。
通过设置飞机在爬升、平飞、下滑等状态下的发动机油门状态，飞机将有不同的耗油率，此耗油率通过上面介绍的三维插值算法对高度、油门大小、飞机飞行Ma数等插值得到。
发动机耗油量的计算
利用三维插值算法，可以在计算机仿真中得到实时的基于高度、Ma数、油门大小的推力值和耗油率值。根据插值算法，在vc++2010软件中可以编制插值函数，将无人机的高度、Ma数、油门百分比作为变量指针传给插值函数，函数实时输出当前的发动机推力值和耗油率值。根据实时耗油率值进行积分，便可得到当前消耗掉的燃油量。最后，还要把耗油量计算嵌入到无人机全数字仿真软件中，才会实时显示出无人机飞行中当前剩余的燃油量。
仿真结果
为了验证所采用的方法是否可行，在无人机全数字仿真中加入了发动机耗油量计算的部分，设置了典型航路进行仿真。按照航路设计内容，无人机在起飞爬升段采用最大推力，在高度大于300m以后进入自主飞行段，自主飞行段的发动机油门控制为自动控制，其中平飞段油门为60% ，爬升段油门为87% ，下滑段油门为44% ，转弯段油门设计为87% 。对油量的要求为飞完全部航程无人机剩余油量不小于总油量的10% ，以便应对飞行中可能出现的特殊状况。
航路中共设置了5个转弯段，一个爬升段，一个下滑段，为保证燃油经济性，其余航路均为平飞段航路，在接近航路终点3公里处将发动机停车，无人机滑行前进，同时减速飞行，到回收点上空时开伞回收。
仿真结果如图5所示。
通过仿真可以看出，仿真软件计算出实时耗油率，并将剩余油量显示在界面上，通过仿真，就可以初步判断航路设计的可行性，避免航程过大导致燃油烧干的结果，做到心中有数。
如图5所示，航路全程180km ，载油量80kg ，从航点1至航点2 ，无人机爬升至高度3000m ，过了航点6以后，无人机逐渐下滑至高度300m ，在接近回收点3km处进入回收流程。通过仿真，截止回收点时刻，无人机飞完当前设计的航路后剩余油量为20kg ，符合剩余油量大于10%的要求，认为航路可以实现。
结论
无人机的航程是非常重要的一个总体系统参数，与其密切相关的就是系统的载油量。根据载油量可以初步确定航程，根据待飞航程，也可以反过来提出载油量的需求。对已经规划好的航路，进行理论的航线飞行，对载油量是否充足进行验证，是一个比较可行的方案。本文针对无人机设计阶段对发动机性能摸底不透的现状，结合所做的无人机全数字仿真平台，对发动机各项技术参数进行三维线性插值计算，得到数字仿真中实时的耗油量，并对其进行积分运算，最终解算得到无人机飞完设计的航路能够剩余的燃油量。结果可以做为外场试验对航路的前期理论验证，可以有效避免无人机飞行中将燃油耗尽而坠入海中的风险，提高飞行安全性。