[發(fā)明專利]基于渦槳發(fā)動機(jī)的混合動力無人機(jī)及其起降控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010927931.1
• 申請日: 2020-09-07
• 公開（公告）號: CN112046762B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張自宇;王春燕;趙萬忠;宋迎東;吳剛;曹銘純;孟琦康;朱耀鎏;于博洋
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: B64D27/02
• 分類號: B64D27/02;B64D31/00;B64C27/22
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 賀翔

1.一種基于渦槳發(fā)動機(jī)的混合動力無人機(jī)的起降控制方法，所述渦槳發(fā)動機(jī)的混合動力無人機(jī)包括：機(jī)身、左機(jī)翼、右機(jī)翼、左副翼、右副翼、左襟翼、右襟翼、主螺旋槳、左翼電動機(jī)、左翼螺旋槳、右翼電動機(jī)、右翼螺旋槳、水平安定面、垂直安定面、升降舵、方向舵、渦槳發(fā)動機(jī)、渦槳發(fā)動機(jī)減速機(jī)構(gòu)、離合器A、離合器B、逆變器、發(fā)電/電動一體機(jī)、蓄電池組、油箱、溫度傳感器、壓力傳感器、荷電狀態(tài)估計模塊和控制模塊；

所述左機(jī)翼、右機(jī)翼分別固定安裝在所述機(jī)身中部的相對于機(jī)頭的左右兩側(cè)；

所述左機(jī)翼上設(shè)置有左副翼、左襟翼及左翼螺旋槳；

所述右機(jī)翼上設(shè)置有右副翼、右襟翼及右翼螺旋槳；

左副翼、右副翼用于無人機(jī)的轉(zhuǎn)向，左襟翼、右襟翼用于提升無人機(jī)的升力；

所述左翼螺旋槳包括左翼螺旋槳A和左翼螺旋槳B；所述右翼螺旋槳包括右翼螺旋槳A和右翼螺旋槳B；

所述左翼電動機(jī)和右翼電動機(jī)分別安裝在左機(jī)翼和右機(jī)翼上，左翼電動機(jī)包括左翼電動機(jī)A、左翼電動機(jī)B，右翼電動機(jī)包括右翼電動機(jī)A、右翼電動機(jī)B；所述左翼電動機(jī)A和右翼電動機(jī)A安裝在靠近機(jī)身的一側(cè)，左翼電動機(jī)B和右翼電動機(jī)B安裝在遠(yuǎn)離機(jī)身的一側(cè)，各電動機(jī)的動力輸出端分別與所述左翼螺旋槳A、左翼螺旋槳B、右翼螺旋槳A、右翼螺旋槳B相連；

所述水平安定面水平固結(jié)與機(jī)身尾部，其左右兩側(cè)均設(shè)有升降舵，用升降舵控制飛機(jī)的升降；

所述垂直安定面垂直固結(jié)與機(jī)身尾部，其后方設(shè)有方向舵，用方向舵控制飛機(jī)的橫擺運動；

所述渦槳發(fā)動機(jī)安裝在機(jī)身的頭部，其動力輸出端分別與所述離合器A和所述離合器B的輸入端相連；

所述渦槳發(fā)動機(jī)減速機(jī)構(gòu)的輸入端與所述離合器A的輸出端相連，輸出端與所述主螺旋槳相連，用于降低渦槳發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速；

所述離合器B的輸出端與所述發(fā)電/電動一體機(jī)電氣相連；

所述逆變器的一端與發(fā)電/電動一體機(jī)電氣相連，另一端分別與所述左翼電動機(jī)、右翼電動機(jī)和蓄電池組電氣相連，用于對蓄電池組的電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)；

所述油箱與渦槳發(fā)動機(jī)通過液壓管路相連，用于給渦槳發(fā)動機(jī)供油；

所述荷電狀態(tài)估計模塊的輸入端與所述蓄電池組電氣相連，輸出端與所述控制模塊電氣相連，用于計算蓄電池組的SOC信號并傳輸?shù)剿隹刂颇K；

所述溫度傳感器和壓力傳感器均設(shè)置在所述機(jī)身上，溫度傳感器用于檢測環(huán)境的溫度并將環(huán)境溫度信號傳遞給所述控制模塊，壓力傳感器用于檢測飛機(jī)所處位置的大氣壓強并將其大氣壓信號傳遞給所述控制模塊；

所述控制模塊分別與渦槳發(fā)動機(jī)、離合器A、離合器B、升降舵、方向舵、左翼電動機(jī)、右翼電動機(jī)、發(fā)電/電動一體機(jī)、溫度傳感器和壓力傳感器電氣相連，用于根據(jù)各傳感器的信號控制各部件工作；

其特征在于，包含以下步驟：

(1.1)控制模塊控制發(fā)電/電動一體機(jī)轉(zhuǎn)為電動機(jī)運行，同時控制離合器B閉合，發(fā)電/電動一體機(jī)帶動渦槳發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)，啟動渦槳發(fā)動機(jī)，渦槳發(fā)動機(jī)中速中功率運轉(zhuǎn)，同時根據(jù)啟動環(huán)境對燃油流量進(jìn)行修正；

(1.2)荷電狀態(tài)估計模塊估計蓄電池組的SOC信號，將信號傳遞給控制模塊，控制模塊根據(jù)蓄電池組的SOC信號和設(shè)定的SOC閾值，選擇電動機(jī)供電方式；

(1.3)控制模塊控制蓄電池組和發(fā)電/電動一體機(jī)通過逆變器將電流傳遞到電動機(jī)，啟動電動機(jī)；

(1.4)電動機(jī)與渦槳發(fā)動機(jī)共同工作，同時控制模塊控制離合器A閉合，所有螺旋槳共同旋轉(zhuǎn)為飛機(jī)提供動力，無人機(jī)起飛/降落；

所述步驟(1.1)中燃油流量修正公式如下：

Q_fuel＝ζ_p ζ_T ζ_t g(nc)

式中，Q_fuel為修正后的燃油流量；ζ_p為大氣壓力修正系數(shù)；ζ_T為大氣溫度修正系數(shù)；ζ_t為渦槳發(fā)動機(jī)熱態(tài)修正系數(shù)；n_c為渦槳發(fā)動機(jī)核心轉(zhuǎn)速；g(n_c)為渦槳發(fā)動機(jī)核心轉(zhuǎn)速修正函數(shù)。