[發明專利]一種臨近空間無人機動力系統設計方法

有效

• 申請號: 202010182751.5
• 申請日: 2020-03-16
• 公開（公告）號: CN113135299B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 沈觀清;春燕
• 申請（專利權）人: 沈觀清
• 主分類號: B64F5/00
• 分類號: B64F5/00;B64D27/02;B60L8/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種臨近空間無人機動力系統設計方法，包括組合動力系統設計方法、全電動力系統設計方法，其特征在于，該組合動力系統設計方法或者全電動力系統設計方法，在無人機起飛時攜帶燃油或電池的載量均為最低限度載荷量，當無人機留空時間增長或者隨飛行高度變化時，隨著所攜帶燃料的不斷消耗或者拋掉電能耗盡的電池，無人機的飛行重量不斷減少，當最后把和繼續飛行無關的部分動力裝置也拋掉后，無人機總重量減少到起飛重量的40-50%，由于無人機飛行重量的下降，保持無人機正常飛行所需用的能量也同步減少了40-50%；減重以后的無人機僅靠太陽能發電和最低限度電池載量，可以維持每天無人機留空時間達24小時；這種無人機至少可以連續在臨近空間20,000 -24,000米高度飛行3個月，稱上述無人機設計理念為飛行器減重法；

所述組合動力系統是無人機采用二種不同形式的動力源的合成動力系統，飛行中二種動力分別工作在不同的時間段，給無人機提供飛行的能源；

一是利用覆蓋在無人機表面太陽能發電薄膜發電給無人機推進系統供電，同時給無人機攜帶的電池充電；

二是在無人機上安裝有燃料發電系統，通過燃料發動機驅動發電機給無人機推進系統供應能源，同時也可以給無人機攜帶的電池充電；以上二個不同的動力系統組成組合動力系統這二種動力的協調是全自動優化，調節控制工作時段，達到智能控制；

所述組合動力系統設計方法，包括以下步驟：

步驟一、利用所述飛行器減重法設計無人機起飛時攜帶的電池重量，僅所述重量的電池的儲電能量可滿足減重以后的無人機僅靠太陽能發電可以維持無人機每天留空時間達24小時；

步驟二、設計無人機時，無人機起飛時所攜帶的燃料及部分拋掉的燃料動力裝置總重量可為無人機起飛重量的50-60%；為無人機在臨近空間20,000 -24,000米高度保持平飛提供電能的太陽能發電系統的電量必需大于24小時飛行能量；

步驟三、當無人機留空數天以后燃料耗盡時，把燃料箱和發電系統拋掉，此時無人機減重40-50%且能耗很低，由于能耗很低，僅用太陽能發電和電池供無人機飛行，可維持無人機留空時間至少3個月；

所述全電動力系統設計方法，包括以下步驟：

步驟一、設計無人機起飛時攜帶的電池重量為無人機起飛總重量的60%；

步驟二、設計無人機起飛后到飛至24000米之間多次拋掉耗盡的電池，直至剩下的電池充電后可以維持至少18小時的平飛能量；此時全機總重量減為無人機起飛重量的60%；

步驟三、太陽能發電的同時給剩下的電池充電，太陽能發電至少6小時，充電后的電池能量加上太陽能發電能量等于無人機一天24小時平飛需要的能量；由于全機總重量減少了40%，能耗很低，僅用太陽能發電和儲能電池供無人機飛行，可維持無人機留空時間至少3個月；

采用所述組合動力系統設計方法設計的無人機參數如下：

無人機起飛重量：720-770公斤，電池重量100-120公斤，燃油重量350公斤，無人機自重230-250公斤，有效載荷40-50公斤；

重復設計使用壽命：100次起降，10,000飛行小時；

動力設施：表面覆有發電50,000瓦砷化鎵薄膜，一臺煤油發動機驅動發電機發電6,000瓦，總功率達到56,000瓦；

高度和留空時間：保持在24,000米高空平飛的時間為25-35天；

飛行速度范圍：高度18,000米-24,000米，飛行速度250-120公里/時 、起飛速度 35-40公里/小時；

飛行高度：最大飛行高度28,000米，巡航高度20,000米-24,000米；

起降方式：滑跑起飛或牽引起飛，輪式滑跑著陸。

2.根據權利要求1所述一種臨近空間無人機動力系統設計方法，其特征在于：所述全電動力系統設計方法的步驟二包括：設計無人機起飛后三次拋掉電池耗盡的電池，每次為電池總重量的五分之一，10000米拋掉電池重量的五分之一、再升高10000米，再拋掉電池重量的五分之一，飛至24000米再拋掉電池重量的五分之一，還剩下五分之二電池，該電池充電后可以維持至少18小時的平飛能量；此時全機總重量減為無人機起飛時總重量的60%；

采用全電動力系統設計的無人機參數如下：

無人機起飛重量為150公斤，機翼面積為25平方米左右，帶有鋰電池90公斤，設備10公斤，無人機結構重約50公斤，所述無人機結構包括動力、導航、飛控裝置。