本发明涉及无人机协同飞行，具体涉及基于尾迹特征增强无人机集群续航能力的方法，尤其涉及一种基于尾迹特征增强扑翼无人机集群续航能力的方法。
背景技术：
1、战场单向透明化是现代信息战争的主旋律，而侦察无人机则是实现这一目标的主要手段。但随着反侦察技术的不断提高，对无人机的飞行环境和性能提出了更高要求，包括低空性、隐蔽性、机动性、微小性等。现有成熟的飞行器技术如固定翼、旋翼在“低慢小”方面的应用有一定局限性，例如微小型固定翼机动性差、飞行姿态单一，微小型旋翼动力结构缩小难、噪声大等。此时，来自自然灵感的仿生扑翼契合了现代对无人机的要求，在低速小型化下具备高能量效率、机动性、隐蔽性等特点，正成为飞行器前沿研究热点。同时，为实现对战争信息更全面、更高效的获取，扑翼无人机的协同集群飞行正成为未来军事的必备技术。
2、集群飞行进行侦查或打击任务时，无人机的续航能力直接决定机群的作战能力，对是否能够完成远距离作战任务有重要影响。常见增强无人机续航能力的手段是提高其能源载量和优化其气动特性。上述均是针对无人机自身的改变并已取得良好的成果，但如果想进一步提升无人机的续航能力则需要技术上更深层次的突破，较为耗时耗力。基于现代需求的扑翼无人机集群飞行策略，应适当脱离无人机单机性能提升，聚焦集群飞行特征，创新性地提出有效提高集群无人机续航能力的技术方法。
技术实现思路
1、鉴于上述问题，本发明提供了一种基于尾迹特征增强无人机集群续航能力的方法，后排无人机通过完整捕获前排无人机随自由流耗散的能量，减少了后排无人机维持相同飞行性能时所需的能源，增强无人机集群飞行时的续航能力，基于无人机集群中前机和后机间的相互配合，利用无人机飞行尾迹中的反卡门涡街有效提升无人机升推力，解决无人机集群基于尾迹特征优化空间布局的技术难点。
2、本发明提供了一种基于尾迹特征增强无人机集群续航能力的方法，包括：
3、s1、确定无人机集群的编队条件；
4、s2、基于所述编队条件对多架无人机进行编队，获得无人机集群；所述无人机集群包括首机和后机；所述首机为第一排无人机，包括至少一个无人机；所述后机包括多排无人机，每排无人机包括多架无人机；
5、s3、令i＝1，i＝1时表示第一排无人机；
6、s4、确定无人机集群中第i排无人机的飞行参数；基于第i排无人机的飞行参数获得第i排无人机的尾迹特征，并记录；
7、s5、将所述第i排无人机的尾迹特征进行衰减，得到衰减后的尾迹特征；
8、基于所述衰减后的尾迹特征，得到更新飞行参数；将所述更新飞行参数作为第i+1排无人机的飞行参数；
9、s6、将第i排无人机的尾迹特征和更新飞行参数耦合，得到更新无人机尾迹特征，将所述更新无人机尾迹特征作为第i+1排无人机的尾迹特征；
10、s7、判断i+1是否大于i，i表示无人机集群的总排数，若大于，则结束计算，得到记录的多排无人机尾迹特征，若不大于，令i＝i+1，返回步骤s4；s8、所述无人机集群按照所述多排无人机尾迹特征实现无人机的高效集群飞行。
11、优选的，步骤s1所述无人机为扑翼无人机；
12、步骤s1所述编队条件包括：无人机飞行环境、无人机数量及飞行任务；
13、优选的，步骤s3所述无人机集群中第i排无人机的飞行参数包括：无人机空间位置、飞行工况和动态参数；
14、进一步的，所述第i排无人机的空间位置为(xi，yi，zi)，其中，无人机的飞行方向为x轴，翼展方向为y轴，竖直方向为z轴；
15、进一步的，所述飞行工况包括第i排无人机的来流雷诺数rei和湍流强度tui；
16、所述动态参数包括第i排无人机的机翼扑动幅度ai、频率fi、攻角αi和偏移角θi；
17、优选的，步骤s4所述第i排无人机的尾迹特征包括：尾迹涡旋强度、尾迹涡旋波长、尾迹涡旋的流向对流速度、尾迹涡旋衰减曲线、尾迹涡旋衰减中心线以及涡旋衰减宽度；
18、进一步的，步骤s4所述确定无人机集群中第i排无人机的飞行参数；
19、当i＝1时，为第一排无人机，无人机集群中第i排无人机的飞行参数为第一排无人机的飞行参数；
20、当i＝2,3,…i时，无人机集群中第i排无人机的飞行参数为将第i-1排无人机的尾迹特征进行衰减，得到衰减后的尾迹特征；基于所述衰减后的尾迹特征，得到更新飞行参数；将所述更新飞行参数作为第i排无人机的飞行参数；
21、优选的，步骤s5所述第i+1排无人机的飞行参数包括：空间位置、扑动相位差以及扑动频率；所述扑动相位差用于保证后机中第i+1排无人机机翼在上下扑动过程中完整捕获第i排无人机尾迹中的涡旋；
22、进一步的，所述第i+1排无人机的空间位置包括：第i+1排无人机在x轴上的位置、第i+1排无人机与第i排无人机的距离、偏移距离以及高低差；
23、可以理解的是，所述第i+1排无人机与第i排无人机的距离受第i排无人机尾迹衰减率影响；所述第i+1排无人机与第i排无人机的偏移距离受第i排无人机尾迹范围及翼尖涡影响；所述第i+1排无人机与第i排无人机的的高低差受第i排无人机反卡门涡街尾迹中心线影响。
24、进一步的，所述第i+1排无人机与第i排无人机的距离为第i+1排无人机与第i排无人机在x轴上的距离；
25、示例性的，所述第i+1排无人机与第i排无人机在x轴上的距离表达式为：
26、xi+1-xi＝ti·uconv,i
27、其中，xi+1-xi为第i+1排无人机与第i排无人机在x轴上的距离，ti为第i排无人机尾迹涡旋强度从产生到衰减为0.6-0.8倍时的时间间隔，uconv,i为第i排无人机尾迹涡旋的流向对流速度；
28、进一步的，所述第i+1排无人机的扑动频率表达式为：
29、fr,i+1＝uconv,i/n·λi
30、其中，fr,i+1为第i+1排无人机机翼扑动频率，uconv,i为第i排无人机尾迹涡旋的流向对流速度，n或1/n为整数，代表第i+1排无人机机翼扑动频率与尾迹演变频率成整数倍率，λi表示第i排无人机尾迹涡旋波长。
31、优选的，将所述第i排无人机的尾迹特征进行衰减具体包括：
32、将第i排无人机的尾迹涡旋强度衰减0.6-0.8倍，减小双机间的碰撞风险；
33、进一步的，步骤s5还包括：将所述第i排无人机的尾迹特征进行衰减，得到衰减后的位置，将所述衰减后的位置作为第i+1排无人机的布置点；
34、可以理解的是，首机的尾迹特征为涡旋尾迹特征；
35、本发明中所述尾迹特征为无人机涡旋尾迹特征，利用前机中无人机涡旋尾迹改变后机中无人机绕流特征，提升后机气动性能。
36、优选的，利用风洞试验或计算软件确认第i排无人机的尾迹特征；
37、优选的，所述无人机集群队形包括利用单翼尾迹的“众”字形、利用双翼尾迹的“一”字形或利用双翼尾迹的“人”字形；
38、可以理解的是，所述双翼尾迹的“人”字形，以五架扑翼无人机为例，共三排无人机；第二排无人机分别捕获首机，即第一排无人机的单翼尾迹，第三排无人机完整捕获第二排机的双翼尾迹；无人机集群队形沿首机机体中心线呈对称分布。
39、示例性的，以双翼尾迹的“人”字形，五架扑翼无人机为例，共三排无人机，第一排一架无人机即首机，后机包括两排无人机，第二排无人机有两架，第三排无人机有两架；第二排无人机通过捕获第一排无人机单翼尾迹提升阻力，为避免翼尖涡诱导的下洗流导致的诱导阻力，第一排无人机翼尖涡与后机中无人机的机身相交，进而确定无人机集群队形的第一排无人机在y轴上的位置y1和第二排无人机在y轴上的位置y2的偏移；第三排无人机通过捕获第二排无人机双翼尾迹提升阻力，得到最大化尾迹能量利用效率，第三排无人机在y轴上的位置y3和第二排无人机在y轴上的位置的偏移为y3-y2＝0。
40、进一步的，所述第一排无人机和第二排无人机在y轴上的偏移表达式为：
41、y2-y1＝s
42、其中，y1第一排无人机在y轴上的位置，y2第二排无人机在y轴上的位置，s为机翼的展长；
43、本发明技术方案中扑翼飞行器产生的尾迹具有反卡门涡街，基于前机尾迹产生的反卡门涡街进一步提升后机升推力，减小后机飞行能源的消耗，实现扑翼无人机集群整体续航能力的增强。
44、与现有技术相比，本发明至少具有现如下有益效果：
45、(1)本发明的后排扑翼无人机通过在多机协同飞行中选择合适的空间位置和扑动参数捕获前排扑翼无人机飞行遗留的涡旋尾迹，实现对后机升推力的提升，将前排扑翼无人机因飞行需求产生的无用尾迹进一步加以利用，提高能量整体转换的效率，更加具有经济性；同时节省下的能源载量可应用于其他设备或武器的装载，有利于扩宽扑翼无人机的应用广度；
46、(2)本发明通过对扑翼无人机集群协同飞行编队方式的改变，有效增强机群的续航能力，避免了对扑翼无人机气动外形的改变及流控设备的设计、装配以及维护，本发明的方法更加简易、便捷、经济；
47、(3)本发明基于尾迹特征增强无人机集群续航能力的方法，依据尾迹特征为每个扑翼无人机提供空间布局策略及扑动参数，实现能量效率最大化的编队飞行，具有更好的实际应用性。
1.基于尾迹特征增强扑翼无人机集群续航能力的方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于尾迹特征增强扑翼无人机集群续航能力的方法，其特征在于，步骤s3所述无人机集群中第i排无人机的飞行参数包括：无人机空间位置、飞行工况和动态参数。
3.根据权利要求2所述的基于尾迹特征增强扑翼无人机集群续航能力的方法，其特征在于，所述飞行工况包括第i排无人机的来流雷诺数、湍流强度。
4.根据权利要求2所述的基于尾迹特征增强扑翼无人机集群续航能力的方法，其特征在于，所述动态参数包括第i排无人机的机翼扑动幅度、频率、攻角和偏移角。
5.根据权利要求1所述的基于尾迹特征增强扑翼无人机集群续航能力的方法，其特征在于，步骤s4所述第i排无人机的尾迹特征包括：尾迹涡旋强度、尾迹涡旋波长、尾迹涡旋的流向对流速度、尾迹涡旋衰减曲线、尾迹涡旋衰减中心线以及涡旋衰减宽度。
6.根据权利要求5所述的基于尾迹特征增强扑翼无人机集群续航能力的方法，其特征在于，步骤s5所述第i+1排无人机的飞行参数包括：第i+1排无人机的空间位置、扑动相位差以及扑动频率；
7.根据权利要求5所述的基于尾迹特征增强扑翼无人机集群续航能力的方法，其特征在于，将所述第i排无人机的尾迹特征进行衰减具体包括：
8.根据权利要求7所述的基于尾迹特征增强扑翼无人机集群续航能力的方法，其特征在于，所述第i+1排无人机与第i排无人机的距离为第i+1排无人机与第i排无人机在x轴上的距离；
9.根据权利要求6所述的基于尾迹特征增强扑翼无人机集群续航能力的方法，其特征在于，所述第i+1排无人机的扑动频率表达式为：
10.根据权利要求9所述的基于尾迹特征增强扑翼无人机集群续航能力的方法，其特征在于，步骤s5还包括：将所述第i排无人机的尾迹特征进行衰减，得到衰减后的位置，将所述衰减后的位置作为第i+1排无人机的布置点。
