[發明專利]一種多動力源串聯式混合動力無人機及其控制方法

有效

• 申請號: 202010927933.0
• 申請日: 2020-09-07
• 公開（公告）號: CN112046763B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 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

本發明公開了一種多動力源串聯式混合動力無人機及其控制方法，包括：機身、左機翼、右機翼、左副翼、右副翼、左襟翼、右襟翼、尾翼、左翼電動機、左翼螺旋槳、右翼電動機、右翼螺旋槳、備用螺旋槳模塊、水平安定面、垂直安定面、升降舵、方向舵、發動機、離合器、逆變器、發電/電動一體機、蓄電池組、超級電容、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；本發明不僅保證無人機能夠有足夠的續航能力，還能保證無人機的高機動性，同時在尾翼上設有備用螺旋槳模塊，當無人機驅動機構出現故障時，由發動機驅動備用螺旋槳進而驅動無人機，保證系統具有一定的冗余功能，進而大大提高無人機的生存能力。

技術領域

本發明屬于航空飛行器技術領域，具體指代一種具有冗余功能的多動力源串聯式混合動力無人機及其控制方法。

背景技術

近年來，化石燃料儲備不足及全球氣候變暖、環境污染嚴重被日益關注，而由于汽車和飛機是現如今商業和軍事上不可缺少的工具，兩者都產生了大量的燃料消耗和污染。在這種契機下，汽車優先于飛機進行了能源革命，目前汽車已經在朝著節能、低噪聲及低污染等方向發展，且已經取得了相當大的成果，其中尤其以混合動力技術最為成熟，在保證了汽車動力性的基礎上大大節省了汽車的燃油消耗，而對于航空領域目前對于混合動力技術的應用還處于起步階段。

現有的混合動力飛行器的研究多是針對無人機開展了相關的研究，例如中國發明專利申請號為CN201810336908.8，專利名稱為“串聯式混合動力飛機及其控制方法”中采用串聯式混合動力系統，實現以節能環保為控制策略的設計理念、以整機系統功率為控制參量實時切換整機控制策略，改善混合動力系統在不同工作模式和工況下的能量需求分配狀況，節約能源消耗，降低環境污染，緩解能源危機；中國發明專利申請號為CN201610218847.6，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，目前對于航空領域混合動力技術的開展主要是從車輛領域現有的混合動力技術入手，將車輛混合動力技術融入到無人機中，研究具有節能、環保、高效等優點的新型混合動力無人機，但是就目前串聯式的混合動力無人機而言，由于電動機僅有蓄電池組一個供電源，而蓄電池受電化學反應速率限制，功率密度低，在負載功率突變時，不能在短時間內提供系統需要的能量，難以滿足系統的動態需求，因此會造成無人機的機動能力不足，難以適應復雜多變的環境，且現有的串聯式混合動力無人機驅動僅僅依靠電動機，發動機僅做發電使用，當電動機發生故障或螺旋槳被擊落時，由于無人機不具備冗余功能，無人機將會墜落，無人機的生存能力較差。

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多動力源串聯式混合動力無人機及其控制方法，以解決現有技術中存在的串聯式混合動力無人機機動能力差，生存能力較低等問題；本發明通過設置發動機、蓄電池和超級電容三個動力源，不僅保證無人機能夠有足夠的續航能力，還能保證無人機的高機動性，同時在尾翼上設有備用螺旋槳模塊，當無人機驅動機構出現故障時，由發動機驅動備用螺旋槳進而驅動無人機，保證系統具有一定的冗余功能，進而大大提高無人機的生存能力。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案如下：

本發明的一種多動力源串聯式混合動力無人機，包括：機身、左機翼、右機翼、左副翼、右副翼、左襟翼、右襟翼、尾翼、左翼電動機、左翼螺旋槳、右翼電動機、右翼螺旋槳、備用螺旋槳模塊、水平安定面、垂直安定面、升降舵、方向舵、發動機、離合器、逆變器、發電/電動一體機、蓄電池組、超級電容、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；

所述左機翼、右機翼分別固定安裝在所述機身中部的相對于機頭的左右兩側；

所述尾翼固定安裝在所述機身的尾部；

所述左機翼上設置有左副翼、左襟翼及左翼螺旋槳；