[發明專利]一種多動力源混聯混合動力固定翼飛行器及其控制方法

有效

• 申請號: 202011101558.0
• 申請日: 2020-10-15
• 公開（公告）號: CN112224423B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）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）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B64D27/02
• 分類號: B64D27/02;B64D31/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

本發明公開了一種多動力源混聯混合動力固定翼飛行器及其控制方法，包括：機身、左機翼、右機翼、螺旋槳、動力耦合器控制單元、驅動電機、電機軸、發動機、動力耦合系統、ISG電機、整流器、逆變器、電機控制器、超級電容、控制模塊、光伏發電系統、油箱和尾翼；本發明采用發動機、ISG電機與超級電容的多動力源混合模式，相較于活塞式發動機混合模式能夠減輕重量，進一步提高固定翼飛行器的續航能力；與其他混合動力飛行器相比，本發明采用的光伏電池組具有清潔性、壽命長等特點，不會造成環境的污染。

技術領域

本發明屬于混合動力飛機技術領域，具體指代一種多動力源混聯混合動力固定翼飛行器及其控制方法。

背景技術

隨著世界交通運輸工具的快速發展，人們對于更加方便快捷、節能高效的運載工具的需求不斷提高。近年來中國頒布了《關于深化我國低空空域管理改革的意見》文件，伴隨相關政策的提出，飛行器產業作為一個新型產業伴隨科學技術的進步逐漸走進我們的視線。

而傳統的活塞式航空發動機單一驅動系統隨著飛行器飛行的高度增加，空氣當中的含氧量下降、溫度降低、大氣的壓力也相應減小等，使得航空發動機的運行效率不斷下降，導致燃油消耗量增加以及輸出動力不穩定。這將使得日益枯竭的化石能源變的不堪重負，而且使得日益惡化的環境問題變得更加尖銳。

目前，在混合動力方向的研究已經取得了一定的研究成果，能夠在一定程度應用在飛機上，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”中提供了一種以純電動、油控閉環控制系統為串聯式混合動力飛機整機控制策略設計的基礎，以整機分系統的功率為控制策略的控制參量，依據串聯式混合動力飛機不同工況下分系統功率需求的不同的，切換整機控制系統的工作模式，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CN201621062676.4，專利名稱為“固定翼式混合動力飛機”中提出了一種能夠實現電能和燃油交替使用的，固定翼式混合動力飛機，結構簡單，有效滿足飛機各項性能指標，節約能源消耗，降低飛機飛行成本，降低環境污染。

綜上所述，串聯式混合動力飛機能量的利用率低，在節約一種能源消耗的同時也在加開另一種能源的消耗，并不能做到真正意義上的節能。PHEV能量管理方法的制定存在兩方面問題：一方面，過分的電量消耗可能會導致飛機系統的高電氣損耗，影響整機的能量使用效率，即需要消耗更多的能量。另一方面，飛機電量消耗不充分可能無法獲得預先設計的燃油取代功能，飛機儲能系統的能力遠沒有達到可利用的極限。

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混聯混合動力固定翼飛行器及其控制方法，以解決現有技術中存在的能量利用率低，沒有充分利用儲存系統能力的問題；本發明將發動機、電動機、光伏電池組與超級電容進行混合，增設了一套光伏發電系統，不僅提高了飛行器的續航能力，且與普通鋰離子蓄電池相比，還提高了壽命，有效提高飛機發動機的燃油經濟性及排放性，從而全面提升飛機性能。另外本發明通過動力耦合器將發動機輸出的轉矩和電動機輸出的轉矩進行合成，改善了系統的動力性、經濟型和排放行性。

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混聯混合動力固定翼飛行器，包括：機身、左機翼、右機翼、螺旋槳、動力耦合器控制單元、驅動電機、電機軸、發動機、動力耦合系統、ISG電機、整流器、逆變器、電機控制器、超級電容、控制模塊、光伏發電系統、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；

所述ISG電機位于機身的頭部，其輸出端與所述動力耦合系統的輸入端電氣相連；

所述驅動電機位于機身頭部并與所述ISG電機電氣相連；