[發(fā)明專利]一種長航時無人機油電混合動力系統(tǒng)及控制方法

有效

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• 申請日: 2017-11-28
• 公開（公告）號: CN107878762B
• 公開（公告）日: 2023-09-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 沈觀清;春燕
• 申請（專利權(quán)）人: 沈觀清;春燕
• 主分類號: B64D27/02
• 分類號: B64D27/02;B64D31/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種長航時無人機油電混合動力系統(tǒng)以及控制方法，該系統(tǒng)包括傳感器組、飛行控制系統(tǒng)、蓄能鋰電池組件、發(fā)電控制系統(tǒng)、重啟動系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)以及推力螺旋槳電動機；飛行控制系統(tǒng)根據(jù)傳感器組提供的信息，控制蓄能鋰電池組件、發(fā)電控制系統(tǒng)為飛機提供電能，發(fā)電控制系統(tǒng)控制發(fā)電系統(tǒng)為推力螺旋槳電動機和蓄能鋰電池組件提供電能；飛行控制系統(tǒng)還包括起飛子系統(tǒng)、正常飛行子系統(tǒng)、充電子系統(tǒng)以及大高度飛行子系統(tǒng)，通過對飛子系統(tǒng)、正常飛行子系統(tǒng)、充電子系統(tǒng)以及大高度飛行子系統(tǒng)增加長航時的續(xù)航能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無人機動力控制領(lǐng)域，特別涉及一種長航時無人機油電混合動力系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)

目前無人機采用的動力系統(tǒng)分成三大類：噴氣動力、燃油活塞發(fā)動機和推力螺旋槳電動機。噴氣動力分成：燃油噴氣發(fā)動機和燃油渦軸輸出發(fā)動機。由于重量和配套系統(tǒng)復(fù)雜、價格昂貴原因，主要用于大型無人機領(lǐng)域，已經(jīng)有小型渦噴發(fā)動機和渦軸發(fā)動機投入市場，對于中小型無人機但由于其較大耗油率，應(yīng)用效果不佳并不廣泛采用。

燃油活塞發(fā)動機也分成二大類：一是活塞連桿式發(fā)動機和三角活塞汪克爾發(fā)動機。這二種發(fā)動機在中小型無人機得以廣泛應(yīng)用，但此類發(fā)動機在大高度上使用，效率大幅下降，即便采用空氣增壓器，實用使用高度也不超過4000米，隨著高度增加耗油率急劇增加，并且不能正常工作。

推力螺旋槳電動機是近年來得到快速發(fā)展的無人機動力系統(tǒng)，全電動力系統(tǒng)近年來應(yīng)用于車輛、艦船，尤其是潛艇。但是純蓄能電池供電方時，由于蓄能電池蓄電容量的限制，純電動動力系統(tǒng)可以單次持續(xù)工作時間比較短。因此大多數(shù)純電動動力系統(tǒng)都是采用油-電混合動力系統(tǒng)，即采用燃油發(fā)動機發(fā)電，作為推力螺旋槳電動機的電源來驅(qū)動車輛、艦船、潛艇，但這種工作方式效率低于常規(guī)燃油發(fā)動機動力系統(tǒng)。

由于電動力的快速動力響應(yīng)，功率調(diào)節(jié)范圍大，受高度影響小，控制簡單、功率控制精確等優(yōu)點是純?nèi)加桶l(fā)動機所不可替代的，所以如何有效提高油-電混合動力系統(tǒng)的工作效率就是當(dāng)前電驅(qū)動動力系統(tǒng)的一大課題。

通常油-電混合動力系統(tǒng)原動力是一臺燃油發(fā)動機，帶動交流發(fā)電機發(fā)電，經(jīng)過整流器由交流電變成直電流。整個效率是發(fā)動機效率、發(fā)電效率和整流效率三種效率的總結(jié)果，顯然整體效率低于純?nèi)加桶l(fā)動機的工作效率，常規(guī)來說是不經(jīng)濟的一種動力系統(tǒng)。

但是對于應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜的車輛、艦船、飛機來講，他們不是一個單一工況下的設(shè)備。例如汽車，有啟動、剎車、減速等狀態(tài)，如果可以利用減速、剎車、下坡等工況來發(fā)電，那么油-電混合動力汽車是一種節(jié)能的車輛，此時低效的油-電混合動力系統(tǒng)變成高效的系統(tǒng)。

無人機的工況變化更為特殊，采用油-電混合更為有利。飛機在起飛時所需要的功率大約是保持中低速平飛功率的3-4倍?，對于長航時為主要目標(biāo)的長航時無人機尤其重要。為了正常起降，因此飛機配置了較大功率發(fā)動機用于起飛，而在空中用一臺大功率發(fā)動機在小功率狀態(tài)下工作，顯然有二大不利之處：一是較大功率發(fā)動機的重量較大和相應(yīng)維持發(fā)動機工作的系統(tǒng)重量較大，成為無人機飛行中的贅重。另外一個是大功率燃油發(fā)動機在較小功率下運行的熱效率低下、耗油率大，對于長航時飛機來講是致命的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的一在于提供一種長航時無人機油電混合動力系統(tǒng)，具有重量輕，且續(xù)航能力強的特點。

本發(fā)明的上述目的是通過以下技術(shù)方案得以實現(xiàn)的：

一種長航時無人機油電混合動力系統(tǒng)，包括傳感器組、飛行控制系統(tǒng)、蓄能鋰電池組件、發(fā)電控制系統(tǒng)、重啟動系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)以及推力螺旋槳電動機；所述飛行控制系統(tǒng)根據(jù)傳感器組提供的信息，控制蓄能鋰電池組件、發(fā)電控制系統(tǒng)為飛機提供電能，所述發(fā)電控制系統(tǒng)控制發(fā)電系統(tǒng)為推力螺旋槳電動機和蓄能鋰電池組件提供電能；所述的飛行控制系統(tǒng)還包括起飛子系統(tǒng)、正常飛行子系統(tǒng)、充電子系統(tǒng)、大高度飛行子系統(tǒng)，