(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202111637133.6 (22)申请日 2021.12.3 0 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 113987894 A (43)申请公布日 2022.01.28 (73)专利权人 北京航空航天大 学 地址 100191 北京市海淀区学院路37号 (72)发明人 李道春　赵仕伟　邵浩原　阚梓　 姚卓尔　申童　 (74)专利代理 机构 北京天汇航智知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11987 代理人 黄川　史继颖 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/28(2020.01)G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (56)对比文件 US 2018/ 0090016 A1,2018.0 3.29 CN 113221479 A,2021.08.0 6 张瑞民等.降雨对飞机气动性能影响的研究 综述. 《航空动力学报》 .2010,第25卷(第10期), 张欣等.降雨环境对民航飞行安全影响研 究. 《航空科 学技术》 .2015,(第08 期), 审查员 王妍 (54)发明名称 一种基于 降雨天气条件的无人机动力学建 模方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于 降雨天气条件的无 人机动力学建模方法， 通过流体力学仿真， 计算 考虑降雨影 响的无人机的气动导数、 雨滴撞击过 程中所产生的力和 力矩， 结合弹性运动方程和无 人机刚性飞行力学模型， 建立考虑降雨影响的无 人机柔性飞行动力学模型小扰动线化方程； 以考 虑降雨影响的无人机柔性飞行动力学模型小扰 动线化方程为基础， 完成降雨条件 下的无人机动 力学建模。 本发 明的方法能够 有效得到降雨天气 下无人机飞行性能情况， 从而为相关设计提供指 导思想， 提高无 人机的全天候飞行能力。 权利要求书2页 说明书6页 附图2页 CN 113987894 B 2022.03.11 CN 113987894 B 1.一种基于降雨天气条件的无 人机动力学建模方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤S100、 通过流体力学仿真， 计算基于降雨天气条件的无人机气动系数、 气动导数、 雨滴撞击飞机时产生的撞击力与撞击力矩； 步骤S200、 将基于降雨天气条件的无人机气动系数、 气动导数、 雨滴撞击飞机时产生的 撞击力与 撞击力矩表 示在无人机初始的平衡方程中， 根据无人机初始的平衡方程建立考虑 降雨影响的无 人机刚性飞行动力学模型； 步骤S300、 考虑无人机机翼柔性， 建立机翼有限元模型， 在此基础上建立弹性运动方 程， 对弹性 运动方程进行降阶； 步骤S400、 结合弹性运动方程和刚性无人机飞行力学模型， 建立考虑降雨影响的无人 机柔性飞行动力学模型； 步骤S500、 在考虑降雨影响的无人机柔性飞行动力学模型的基础上， 建立考虑降雨影 响的无人机柔性飞行动力学模型小扰动线化方程； 步骤S600、 以柔性无人机飞行动力学模型小扰动线化方程为基础， 完成降雨天气条件 下的无人机动力学建模； 考虑降雨影响的无 人机刚性飞行动力学模型如下： 其中， 为质心坐标， 为质心角速度， 为质心速度， 为外力， 为外力矩， 为降雨引起的外力， 为降雨引起的外力矩， 为偏航角、 俯仰角、 滚转角， 为飞行器关于坐标轴的惯性矩， 是重力加速度。 2.根据权利要求1所述的一种基于降雨天气条件的无人机动力学建模方法， 其特征在 于， 步骤S10 0进一步包括以下步骤： 步骤S110、 根据降雨 率计算空气中液态水含量； 步骤S120、 根据空气中液态水含量 LWC， 将空气模型建立为连续相， 雨滴模型建立为离 散相， 采用动态网格对飞行器进行非定常受迫振荡运动进行流体力学仿真， 计算雨滴撞击权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 113987894 B 2飞机时产生的撞击力与 撞击力矩、 气动系数； 同时评估无人机的动态气动性能， 计算无人机 的气动导数。 3.根据权利要求2所述的一种基于降雨天气条件的无人机动力学建模方法， 其特征在 于， 所述空气中液态水含量 LWC的计算公式如下 所示： 其中，ρw为雨水密度； R为降雨率； 。 4.根据权利要求1所述的一种基于降雨天气条件的无人机动力学建模方法， 其特征在 于， 基于模态坐标， 采用模态截断法对弹性运动方程进 行降阶， 降阶后的弹性运动方程表达 式如下， 其中， 是系统质量矩阵， 是系统阻尼矩阵， 是系统刚度矩阵， 、 、 分别表示系统位移、 速度、 加速度， 为广义力矩阵。 5.根据权利要求1所述的一种基于降雨天气条件的无人机动力学建模方法， 其特征在 于， 考虑降雨影响的无 人机柔性飞行动力学模型如下： 其中， 为质心坐标， 为质心角速度， 为质心速度， 为外力， 为外力矩， 为降雨引起的外力， 为降雨引起的外力矩， 为偏航角、 俯仰角、 滚转角， 为飞行器关于坐标轴的惯性矩， 是系统质量矩阵， 是系统阻尼矩阵， 是系统刚度矩阵， 为广义力矩阵， 、 、 分别表示系统位 移、 速度、 加速度， 是重力加速度。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 113987894 B 3