[發(fā)明專利]一種多動力源混聯(lián)混合動力固定翼飛行器及其控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011101558.0
• 申請日: 2020-10-15
• 公開（公告）號: CN112224423B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱耀鎏;王春燕;趙萬忠;宋迎東;張自宇;于博洋;孟琦康;曹銘純
• 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
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 賀翔

1.一種多動力源混聯(lián)混合動力固定翼飛行器，其特征在于，包括：機身、左機翼、右機翼、螺旋槳、動力耦合器控制單元、驅(qū)動電機、電機軸、發(fā)動機、動力耦合系統(tǒng)、ISG電機、整流器、逆變器、電機控制器、超級電容、控制模塊、光伏發(fā)電系統(tǒng)、油箱和尾翼；

所述左機翼、右機翼分別固定安裝在機身中部的相對于機頭的左右兩側(cè)；

所述ISG電機的輸出端與動力耦合系統(tǒng)的輸入端電氣相連；

所述驅(qū)動電機與ISG電機電氣相連；

所述電機控制器與逆變器電氣連接，控制所述驅(qū)動電機啟停、轉(zhuǎn)速以及扭矩的大小；

所述螺旋槳與電機軸固定連接，且安裝在機身前端；

所述動力耦合系統(tǒng)位于處于驅(qū)動電機與螺旋槳之間，由齒圈、行星輪、行星架、傳動輪、傳動軸以及太陽輪組成；

所述太陽輪與驅(qū)動電機連接；

所述行星輪分別與太陽輪及齒圈嚙合；

所述行星架與傳動輪嚙合；

所述傳動軸的輸出端與螺旋槳連接，其輸入端與所述發(fā)動機輸出端連接，工作時，根據(jù)飛行器的飛行動力需要，由發(fā)動機單獨工作，發(fā)動機單獨驅(qū)動傳動軸轉(zhuǎn)動，傳遞驅(qū)動力到螺旋槳；或由驅(qū)動電機單獨工作，驅(qū)動電機通過太陽輪、行星輪、行星架、傳動輪、傳動軸，傳遞驅(qū)動力到螺旋槳，實現(xiàn)驅(qū)動電機帶動螺旋槳工作；或根據(jù)飛行器的飛行動力需要，控制發(fā)動機和驅(qū)動電機同時工作，發(fā)動機輸出的驅(qū)動力與驅(qū)動電機輸出的驅(qū)動力疊加，實現(xiàn)兩種動力的合成；

所述光伏發(fā)電系統(tǒng)包括：SOC估計模塊、光伏控制器、光伏電池組；

所述SOC估計模塊的輸入端與光伏電池組及超級電容電氣相連，輸出端與所述控制模塊電氣相連，用于計算所述光伏電池組和超級電容的SOC信號并傳輸?shù)剿隹刂颇K及光伏控制器；

所述光伏電池組與整流器的輸出端電氣連接，整流器將轉(zhuǎn)化后的直流電給光伏電池組充電；

所述光伏控制器的輸入端與SOC估計模塊的輸出端電氣相連，并根據(jù)檢測超級電容的SOC值來決定光伏電池組是否向超級電容充電；

所述超級電容與逆變器電氣連接，逆變器將轉(zhuǎn)化后的交流電輸出給ISG電機；

所述動力耦合器控制單元根據(jù)光伏電池組的SOC值來決定所述動力耦合系統(tǒng)的耦合方式，SOC值小于0.3時為純電動模式，SOC值大于0.8時為混聯(lián)模式，SOC值處于0.3-0.8時為純?nèi)加湍Ｊ剑?/p>

所述電機軸為驅(qū)動電機的輸出軸；

所述整流器的輸入端與發(fā)電機的輸出端電氣相連，將產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)換為直流電；

所述逆變器的輸入端與光伏電池組和超級電容電氣相連，用于把直流電能轉(zhuǎn)換為交流電，其輸出端則與所述ISG電機電氣相連；

所述控制模塊分別與發(fā)動機、尾翼、ISG電機電氣相連，根據(jù)檢測到的信號控制各部件工作；

所述油箱設(shè)置在機身內(nèi)，油箱與所述發(fā)動機通過液壓管路連接，用于給所述發(fā)動機供油；

所述尾翼固定安裝在機身的尾部，控制飛行器的升降及橫擺運動。

2.一種多動力源混聯(lián)混合動力固定翼飛行器的控制方法，基于權(quán)利要求1所述的飛行器，其特征在于，包含以下步驟：

(1)當(dāng)飛行器正常飛行時，SOC估計模塊估計光伏電池組和超級電容的SOC值，將信號傳遞給控制模塊和光伏發(fā)電系統(tǒng)，并設(shè)定光伏電池組和超級電容的SOC閾值，控制模塊根據(jù)光伏電池的SOC信號和設(shè)定的SOC閾值，實時調(diào)控發(fā)動機的運行狀態(tài)，驅(qū)動電機的電能來自于光伏電池組和超級電容的供給；

(2)發(fā)動機帶動發(fā)電機發(fā)電，發(fā)電機發(fā)出的電能供給控制驅(qū)動電機工作的驅(qū)動電機控制部件，以確保驅(qū)動電機工作，當(dāng)發(fā)動機的輸出功率多于需求功率時，則帶動發(fā)電機發(fā)電并將電能儲存在光伏電池組中；當(dāng)發(fā)動機的輸出功率少于需求功率時，則電動機吸收電能和發(fā)動機一起驅(qū)動螺旋槳；光伏發(fā)電系統(tǒng)則根據(jù)超級電容SOC值和光伏電池組的SOC值決定超級電容和光伏電池組的充電狀態(tài)；

(3)當(dāng)飛行器在飛行過程中出現(xiàn)負載突升或突降時，控制模塊根據(jù)負載需求分配發(fā)動機的功率輸出和光伏電池組與超級電容的總輸出功率，然后對超級電容和光伏電池組的功率進行分配；并根據(jù)分配結(jié)果對發(fā)動機、光伏電池組以及超級電容進行控制，保證動力系統(tǒng)輸出平穩(wěn)。