[發明專利]基于渦槳發動機的混合動力無人機及其起降控制方法

有效

• 申請號: 202010927931.1
• 申請日: 2020-09-07
• 公開（公告）號: CN112046762B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）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）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B64D27/02
• 分類號: B64D27/02;B64D31/00;B64C27/22
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

本發明公開了一種基于渦槳發動機的混合動力無人機及其起降控制方法，包括：機身、左機翼、右機翼、左副翼、右副翼、左襟翼、右襟翼、主螺旋槳、左翼電動機、左翼螺旋槳、右翼電動機、右翼螺旋槳、水平安定面、垂直安定面、升降舵、方向舵、渦槳發動機、渦槳發動機減速機構、離合器A、離合器B、逆變器、發電/電動一體機、蓄電池組、油箱、溫度傳感器、壓力傳感器、荷電狀態估計模塊和控制模塊；本發明通過將渦槳發動機和電動機共同布置在無人機上，使得無人機有多種飛行模式能夠很好的適應各種飛行需求，另外由于渦槳發動機較活塞發動機效率更高穩定性更好壽命也更長，且渦槳發動機可以使用較便宜的航空煤油。

技術領域

本發明屬于航空飛行器技術領域，具體指代一種基于渦槳發動機的混合動力無人機及其起降控制方法。

背景技術

隨著發動機和電機技術的發展以及節能減排的需求，目前油電混合動力技術已經成功的應用在汽車上，并且已經投入了市場。但是在航空領域融入混合動力技術還在起步階段，如果將油電混合汽車上的油電混合的關鍵技術，然后在滿足飛行環境和飛機設計的基本要求下，對已經成熟的油電混合進行改進，就可以對于廣闊的航空領域技術產生強烈的沖擊。

現如今航空飛機油耗巨大，使得飛行成本增高和續航時間減少，如果將油電混合動力技術順利應用到航空飛行器上，這對于航空市場，無疑是一種巨大的進步。對于日益枯竭的能源和污染嚴重的環境，混合動力飛機將極大的提高航空領域對環保事業的貢獻。另外，隨著目前無人機技術的發展對無人機的續航、隱蔽以及機動性等提出了要求，將混合動力技術應用在無人機上，借助其獨特的多動力源混合模式，可以通過改變其飛行模式實現多種功能，進而滿足現代軍事及民事的各種飛行需求。

目前，對于混合動力技術在飛機上的應用，已經有了一定的研究并且取得了一定的成果，例如中國發明專利申請號為201910001816.9，專利名稱為“輕型固定翼無人機的混合動力推進系統與控制方法”中提供了一種針對60-70kg質量級的固定翼的活塞發動機和電動機混合的無人機的控制方法，不僅彌補了純油動固定翼無人機低轉速時輸出功率低、響應遲緩，純電動固定翼無人機的最大輸出功率低等缺陷，還能滿足不同飛行任務平面內的多種飛行動作的功率需求，且具有高效節能、靜音巡航等特點。中國發明專利申請號為201811396407.5，專利名稱為“一種混合動力無人機及其控制方法”提供了一種前拉后推式的活塞發動機和電動機混合動力無人機及其控制方法，對其起飛降落及巡航控制進行了研究；中國發明專利申請號為201610218847.6，專利名稱為“一種基于航空活塞發動機的分布式混合動力系統”中提出了一種新型混合動力飛機，用于結合航空活塞動力系統和電動系統的優點，不僅可以符合長航時的要求，又可以保證其控制穩定性，擴展小型飛機的任務范圍。

綜上所述，目前混合動力技術主要是應用在無人機上，且多是活塞發動機和電動機的混合，但是由于活塞發動機重量、轉速等限制，使得基于活塞發動機的混合動力飛機的飛行高度和速度均較低，且純發動機模式噪音較大，難以滿足軍事上對無人機的高機動性及隱蔽性需求；另外由于活塞發動機同比與同功率的渦槳發動機質量要大，因此會造成無人機的載荷量下降，難以進一步提高混合動力飛機的載重量。

發明內容

針對于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種基于渦槳發動機的混合動力無人機及其起降控制方法，以解決現有技術中存在的活塞式混合動力無人機質量大、飛行速度和高度低、載重量較小、噪音大的問題；本發明通過將渦槳發動機和電動機共同布置在無人機上，使得無人機有多種飛行模式能夠很好的適應各種飛行需求，另外由于渦槳發動機較活塞發動機效率更高穩定性更好壽命也更長，且渦槳發動機可以使用較便宜的航空煤油，因此本發明能夠進一步的提高無人機的使用壽命、靈活性以、經濟性和環保性。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案如下：