CN104670504A - 油/光/电多动力源固定翼飞行器 - Google Patents

油/光/电多动力源固定翼飞行器 Download PDF

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Abstract

油/光/电多动力源固定翼飞行器属于飞行器技术领域，目的在于解决传统飞行器存在的传动效率、能量回收率、清洁能源利用率和再利用率普遍偏低的问题。本发明的变速箱输出端与桨叶和导流罩固定连接，电动机输出端通过带传动结构Ⅱ与变速箱的一个输入端连接，发动机输出端与伞齿箱输入端连接，伞齿箱的一个输出端与变速箱A的另一个输入端连接，伞齿箱的另一个输出端通过带传动结构Ⅰ与变速箱B输出端连接，变速箱B输入端与发电机输出端连接，方向舵机与垂直机翼连接；通过主控制器控制左机翼单元的舵机Ⅱ、右机翼单元的舵机Ⅰ、方向舵机和发动机，主控制器分别通过转矩传感器测得发动机、发电机和电动机的扭矩。

Description

油/光/电多动力源固定翼飞行器
技术领域
本发明属于飞行器技术领域，具体涉及一种油/光/电多动力源固定翼飞行器。
背景技术
传统的飞行器传动方式是由电动机直接与桨叶传动机构相连，控制器控制各种执行机构进行工作，系统的动力源只有发动机，在一个循环工况下飞行时，将受天气情况、操作情况的影响，其负载经常处于变化状态，从而影响发动机输出转速的平稳性。通常情况下，操作者都是将发动机油门全开，使发动机全功率输出，这就增加了燃油消耗；同时，飞行器起飞、巡航、降落过程中由于负载变化造成了大量的能量浪费，飞行器传统机构系统传动效率较低，一个动作要经历多次损耗，导致能量回收率和再利用率低，节能效果不明显。
发明内容
本发明的目的在于提出一种油/光/电多动力源固定翼飞行器，解决传统飞行器存在的传动效率、能量回收率、清洁能源利用率和再利用率普遍偏低的问题。
为实现上述目的，本发明的油/光/电多动力源固定翼飞行器包括导流罩、桨叶、机体、动力驱动单元、主控制器、方向舵机、垂直副翼、左机翼单元和右机翼单元；所述动力驱动单元和主控制器位于所述机体内部；
所述动力驱动单元包括变速箱A、伞齿箱、发动机、变速箱B、发电机、电动机、带传动结构Ⅰ和带传动结构Ⅱ；所述发动机和电动机以并联形式与所述变速箱A的两个输入端连接，所述变速箱A输出端与桨叶和导流罩固定连接，所述电动机输出端通过带传动结构Ⅱ与所述变速箱A的一个输入端连接，所述发动机输出端与伞齿箱输入端连接，所述伞齿箱的一个输出端与变速箱A的另一个输入端连接，所述伞齿箱的另一个输出端通过带传动结构Ⅰ与所述变速箱B输出端连接，所述变速箱B输入端与所述发电机输出端连接，所述方向舵机与所述垂直机翼连接；
通过所述主控制器控制左机翼单元的舵机Ⅱ、右机翼单元的舵机Ⅰ、方向舵机和发动机，所述主控制器分别通过转矩传感器测得发动机、发电机和电动机的扭矩。
所述左机翼单元包括舵机Ⅱ、太阳能板Ⅱ和左机翼所述舵机Ⅱ和太阳能板Ⅱ设置在左机翼上；所述右机翼单元包括舵机Ⅰ、太阳能板Ⅰ和右机翼，所述舵机Ⅰ和太阳能板Ⅰ设置在右机翼上。
所述动力驱动单元还包括油箱、稳压器、电调、电源调节器、发电机蓄电池、燃料电池、备用电池和太阳能蓄电池；所述油箱与所述发动机固定连接，所述发电机通过稳压器与所述发电机蓄电池连接，电源调节器分别通过电源线与发电机蓄电池、燃料电池、备用电池、太阳能蓄电池和电调并联连接，电源调节器分别通过一个逆变器与太阳能板Ⅰ和太阳能板Ⅱ连接，通过所述主控制器控制电源调节器和电调工作。
所述带传动结构Ⅰ包括两个通过V带活动连接的带轮，带传动结构Ⅰ和带传动结构Ⅱ结构相同。
本发明的有益效果为：本发明的油/光/电多动力源固定翼飞行器通过主控制器使发动机始终处于工作在最佳燃油区，在发动机输出端和电动机输出端并联一台发电机，发电机和太阳能板产生的电能，主控制器通过电源调节器控制电池给电动机供电，减少起飞时间，增加起飞加速度，提高能量利用率，提高巡航时间，通过在发动机的输出端并联一台发电机，能够很好的匹配发动机的扭矩，当发动机的功率小于负载扭矩时，发电机不发电，电动机及时补充不足扭矩，使发动机依然工作在最佳燃油经济区附近，当发动机的扭矩大于负载扭矩时，发电机发电，电能储存在电池中，有效地回收了发动机多余扭矩，混联式混合动力飞行器在减速降落时，通过机械传动将下降的势能经过发电机储存在电池中，避免了传统直升机系统在减速降落时只能通过减小油门、调整舵机达到效果，给系统的正常运行带来了很大影响，油/光/电多动力源固定翼飞行器达到提高节能效果，节约能源，增加机械寿命的目的，促进了现代机械向节能环保型产品的发展。
附图说明
图1为本发明的油/光/电多动力源固定翼飞行器整体结构示意图；
其中：1、导流罩，2、桨叶，3、轴Ⅰ，4、机体，5、变速箱A，6、轴Ⅱ，7、带轮Ⅰ，8、V带Ⅰ，9、转矩传感器Ⅰ，10、带轮Ⅱ，11、太阳能板Ⅰ，12、离合器Ⅰ，13、轴Ⅲ，14、电动机，15、舵机Ⅰ，16、右机翼，17、电调，18、主控制器，19、电源调节器，20、稳压器，21、发电机蓄电池，22、燃料电池，23、备用电池，24、太阳能蓄电池，25、逆变器Ⅰ，26、方向舵机，27、垂直副翼，28、油箱，29、发电机，30、轴Ⅳ，31、离合器Ⅱ，32、轴Ⅴ，33、逆变器Ⅱ，34、发动机，35、轴Ⅵ，36、变速箱B，37、离合器Ⅲ，38、转矩传感器Ⅱ，39、轴Ⅶ，40、轴Ⅷ，41、离合器Ⅳ，42、轴Ⅸ，43、伞齿箱，44、左机翼，45、离合器Ⅴ，46、转矩传感器Ⅲ，47、舵机Ⅱ，48、太阳能板Ⅱ，49、轴Ⅹ，50、轴Ⅺ，51、带轮Ⅲ，52、离合器Ⅵ，53、轴XII，54、超越离合器Ⅰ，55、V带Ⅱ，56、轴XIII，57、带轮Ⅳ，58、轴XIV，59、超越离合器Ⅱ。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
参见附图1，本发明的油/光/电多动力源固定翼飞行器包括导流罩1、桨叶2、机体4、动力驱动单元、主控制器18、方向舵机26、垂直副翼27、左机翼44单元和右机翼16单元；所述动力驱动单元和主控制器18位于所述机体4内部；
所述动力驱动单元包括变速箱A5、伞齿箱43、发动机34、变速箱B36、发电机29、电动机14、带传动结构Ⅰ和带传动结构Ⅱ；
所述发动机34和电动机14以并联形式与所述变速箱A5的两个输入端连接，所述变速箱A5输出端与桨叶2和导流罩1固定连接，所述电动机14输出端通过带传动结构Ⅱ与所述变速箱A5的一个输入端连接，所述发动机34输出端与伞齿箱43输入端连接，所述伞齿箱43的一个输出端与变速箱A5的另一个输入端连接，所述伞齿箱43的另一个输出端通过带传动结构Ⅰ与所述变速箱B36输出端连接，所述变速箱B36输入端与所述发电机29输出端连接，所述方向舵机26与所述垂直机翼连接；
通过所述主控制器18控制左机翼44单元的舵机Ⅱ47、右机翼16单元的舵机Ⅰ15、方向舵机26和发动机34，所述主控制器18分别通过转矩传感器测得发动机34、发电机29和电动机14的扭矩。
所述左机翼44单元包括舵机Ⅱ47、太阳能板Ⅱ48和左机翼44所述舵机Ⅱ47和太阳能板Ⅱ48设置在左机翼44上；所述右机翼16单元包括舵机Ⅰ15、太阳能板Ⅰ11和右机翼16，所述舵机Ⅰ15和太阳能板Ⅰ11设置在右机翼16上。
所述动力驱动单元还包括油箱28、稳压器20、电调17、电源调节器19、发电机29蓄电池21、燃料电池22、备用电池23和太阳能蓄电池24；所述油箱28与所述发动机34固定连接，所述发电机29通过稳压器20与所述发电机29蓄电池21连接，电源调节器19分别通过电源线与发电机29蓄电池21、燃料电池22、备用电池23、太阳能蓄电池24和电调17并联连接，电源调节器19分别通过一个逆变器与太阳能板Ⅰ11和太阳能板Ⅱ48连接，通过所述主控制器18控制电源调节器19和电调17工作。
所述带传动结构Ⅰ包括两个通过V带活动连接的带轮，带传动结构Ⅰ和带传动结构Ⅱ结构相同。
实施例一：
参见附图1，发动机34和电动机14以并联形式与变速箱A5连接，油箱28与发动机34固接，发动机34和轴Ⅵ35固接，轴Ⅵ35和离合器Ⅲ37固接，离合器Ⅲ37与轴Ⅶ39固接，轴Ⅶ39和伞齿箱43固接，伞齿箱43与轴Ⅹ49固接，轴Ⅹ49与离合器Ⅵ52固接，离合器Ⅵ52与轴XII53固接，轴XII53与超越离合器Ⅰ54固接，超越离合器Ⅰ54固接在变速箱A5内部；电动机14通过电源线与电调17连接，电调17通过电源线与电源调节器19连接，电动机14与轴Ⅲ13固接，轴Ⅲ13与离合器Ⅰ12固接，离合器Ⅰ12与轴XIV58固接，轴XIV58与带轮Ⅰ7固接，带轮Ⅰ7通过V带Ⅰ8与带轮Ⅱ10活动连接，带轮Ⅱ10与轴Ⅱ6固接，轴Ⅱ6与超越离合器Ⅱ59固接，超越离合器Ⅱ59固接于变速箱A5内部，变速箱A5与轴Ⅰ3固接，轴Ⅰ3与导流罩1和桨叶2固接；发电机29与发动机34并联连接，发电机29与轴Ⅳ30固接，轴Ⅳ30与离合器Ⅱ31固接，离合器Ⅱ31与轴Ⅴ32固接，轴Ⅴ32与变速箱B36固接，变速箱B36与轴Ⅷ40固接，轴Ⅷ40与离合器Ⅳ41固接，离合器Ⅳ41与轴XIII53固接，轴XIII53与带轮Ⅳ57固接，带轮Ⅳ57和带轮Ⅲ51与V带Ⅱ55活动连接，带轮Ⅲ51和轴Ⅺ50固接，轴Ⅺ50与离合器Ⅴ45固接，离合器Ⅴ45与轴Ⅸ42固接，轴Ⅸ42与伞齿箱43固接，发电机29通过电源线与稳压器20连接，稳压器20通过电源线与发电机29蓄电池21连接；主控制器18分别通过通讯线与舵机Ⅰ15、舵机Ⅱ47、方向舵机26、发动机34、电调17、电源调节器19、转矩传感器Ⅰ9、转矩传感器Ⅱ38、转矩传感器Ⅲ46连接，舵机Ⅱ47链接左机翼44，舵机Ⅰ15链接右机翼16，方向舵机26与垂直副翼27连接；电源调节器19分别与发电机29蓄电池21、燃料电池22、备用电池23、太阳能蓄电池24和电调17并联连接，电源调节器19通过电源线与逆变器Ⅱ33、逆变器Ⅰ25连接，逆变器Ⅱ33、逆变器Ⅰ25通过电源线太阳能板Ⅰ11、太阳能板Ⅱ48连接，电源调节器19通过电源线将太阳能存储在太阳能蓄电池24中。
发电机29与发动机34并联连接，发电机29与轴Ⅳ30固接，轴Ⅳ30与离合器Ⅱ31固接，离合器Ⅱ31与轴Ⅴ32固接，轴Ⅴ32与变速箱B36固接，变速箱B36与轴Ⅷ40固接，轴Ⅷ40与离合器Ⅳ41固接，离合器Ⅳ41与轴XIII53固接，轴XIII53与带轮Ⅳ57固接，带轮Ⅳ57和带轮Ⅲ51与V带Ⅱ55活动连接，带轮Ⅲ51和轴Ⅺ50固接，轴Ⅺ50与离合器Ⅴ45固接，离合器Ⅴ45与轴Ⅸ42固接，轴Ⅸ42与伞齿箱43固接，发电机29通过电源线与稳压器20连接，稳压器20通过电源线与发电机29蓄电池21连接。
发动机34和电动机14并联连接，发动机34与油箱28连接，发动机34和轴Ⅵ35固接，轴Ⅵ35和离合器Ⅲ37固接，离合器Ⅲ37与轴Ⅶ39固接，轴Ⅶ39和伞齿箱43固接，伞齿箱43与轴Ⅹ49固接，轴Ⅹ49与离合器Ⅵ52固接，离合器Ⅵ52与轴XII53固接，轴XII53与超越离合器Ⅰ54固接，超越离合器Ⅰ54固接在变速箱A5内部；电动机14通过电源线与电调17连接，电调17通过电源线与电源调节器19连接，电动机14与轴Ⅲ13固接，轴Ⅲ13与离合器Ⅰ12固接，离合器Ⅰ12与轴XIV58固接，轴XIV58与带轮Ⅰ7固接，带轮Ⅰ7通过V带Ⅰ8与带轮Ⅱ10活动连接，带轮Ⅱ10与轴Ⅱ6固接，轴Ⅱ6与超越离合器Ⅱ59固接，超越离合器Ⅱ59固接于变速箱A5内部，变速箱A5与轴Ⅰ3固接，轴Ⅰ3与导流罩1和桨叶2固接。
太阳能板Ⅰ11、太阳能板Ⅱ48分别与电源调节器19连接，电源调节器19与太阳能蓄电池24连接，电源调节器19分别于电调17、主控制器18、发电机29蓄电池21、燃料电池22、备用电池23和太阳能蓄电池24连接。
本发明的油/光/电多动力源固定翼飞行器传动系统通过主控制器18，一方面，使发动机34始终处于工作高效区，在发动机34输出端并联一台发电机29，发电机29和太阳能板产生电能，通过接收转矩传感器的扭矩值，始终控制发动机34工作在最佳燃油区及其附近并通过电源调节器19控制电池给电动机14供电，另一方面，通过控制舵机Ⅰ15、舵机Ⅱ47和方向舵机26运动姿态，提高飞行器飞行时间；飞行器作业时主要循环进行以下操作：飞行器加速起飞状态、巡航状态、减速降落状态。
一、当油/光/电多动力源固定翼飞行器在加速起飞状态时，主控制器18一方面，通过接收转矩传感器Ⅰ9和转矩传感器Ⅲ46的测量扭矩，始终控制发动机34工作在最佳燃油区及其附近，另一方面，通过控制舵机Ⅱ47控制左机翼44，舵机Ⅰ15控制右机翼16，方向舵机26控制垂直副翼27使其处于加速起飞状态。其中，发动机34和电动机14以并联形式与变速箱A5连接，油箱28与发动机34固接，发动机34和轴Ⅵ35固接，轴Ⅵ35和离合器Ⅲ37固接，离合器Ⅲ37与轴Ⅶ39固接，轴Ⅶ39和伞齿箱43固接，伞齿箱43与轴Ⅹ49固接，轴Ⅹ49与离合器Ⅵ52固接，离合器Ⅵ52与轴XII53固接，轴XII53与超越离合器Ⅰ54固接，超越离合器Ⅰ54固接在变速箱A5内部；电动机14通过电源线与电调17连接，电调17通过电源线与电源调节器19连接，电动机14与轴Ⅲ13固接，轴Ⅲ13与离合器Ⅰ12固接，离合器Ⅰ12与轴XIV58固接，轴XIV58与带轮Ⅰ7固接，带轮Ⅰ7通过V带Ⅰ8与带轮Ⅱ10活动连接，带轮Ⅱ10与轴Ⅱ6固接，轴Ⅱ6与超越离合器Ⅱ59固接，超越离合器Ⅱ59固接于变速箱A5内部，变速箱A5与轴Ⅰ3固接，轴Ⅰ3与导流罩1和桨叶2固接。加速起飞状态时负载较大，若转矩传感器Ⅲ46测量得发动机34输出扭矩小于外负载扭矩，则离合器Ⅱ31、离合器Ⅲ37与离合器Ⅳ41断开，主控制器18通过转矩传感器Ⅰ9测得轴Ⅱ6的扭矩和控制电源调节器19通过电调17使发电机29蓄电池21、燃料电池22或太阳能蓄电池24对电动机14供电，从而发电机29、电动机14并联的形式补充发动机34输出扭矩不足部分，加速起飞减少起飞时间。
二、当油/光/电多动力源固定翼飞行器在巡航状态时，主控制器18一方面，通过接收转矩传感器Ⅰ9和转矩传感器Ⅲ46的扭矩，始终控制发动机34工作在最佳燃油区及其附近，另一方面，通过控制舵机Ⅱ47控制左机翼44，舵机Ⅰ15控制右机翼16和方向舵机26控制垂直副翼27运动到巡航状态。其中，发电机29与发动机34并联连接，发电机29与轴Ⅳ30固接，轴Ⅳ30与离合器Ⅱ31固接，离合器Ⅱ31与轴Ⅴ32固接，轴Ⅴ32与变速箱B36固接，变速箱B36与轴Ⅷ40固接，轴Ⅷ40与离合器Ⅳ41固接，离合器Ⅳ41与轴XIII53固接，轴XIII53与带轮Ⅳ57固接，带轮Ⅳ57和带轮Ⅲ51与V带Ⅱ55活动连接，带轮Ⅲ51和轴Ⅺ50固接，轴Ⅺ50与离合器Ⅴ45固接，离合器Ⅴ45与轴Ⅸ42固接，轴Ⅸ42与伞齿箱43固接；发电机29通过电源线与稳压器20连接，稳压器20通过电源线与发电机29蓄电池21连接。若转矩传感器Ⅲ46测量得发动机34输出扭矩大于外负载扭矩，则离合器Ⅴ45、离合器Ⅵ52、离合器Ⅲ37、离合器Ⅱ31与离合器Ⅳ41闭合，发电机29发电，储存在发电机29蓄电池21中，并通过转矩传感器Ⅱ38测量传递给发电机29的扭矩，从而充分利用能量，在消耗能量同样多的情况下，提高能量利用率，继而提高飞行器巡航时间；若转矩传感器Ⅲ46测量得发动机34输出扭矩小于外负载扭矩，则离合器Ⅱ31、离合器Ⅲ37与离合器Ⅳ41断开，主控制器18通过转矩传感器Ⅰ9测得轴Ⅱ6的扭矩和控制电源调节器19通过电调17使发电机29蓄电池21、燃料电池22或太阳能蓄电池24对电动机14供电，从而发动机34、电动机14并联的形式补充发动机34输出扭矩不足部分，减少起飞时间。
三、当油/光/电多动力源固定翼飞行器在减速降落状态时，主控制器18一方面，通过接收转矩传感器Ⅰ9和转矩传感器Ⅲ46的扭矩，始终控制发动机34工作在最佳燃油区及其附近，另一方面，通过控制舵机Ⅱ47控制左机翼44，舵机Ⅰ15控制右机翼16，方向舵机26控制垂直副翼27使其运动到减速降落状态。其中，发电机29与发动机34并联连接，发电机29与轴Ⅳ30固接，轴Ⅳ30与离合器Ⅱ31固接，离合器Ⅱ31与轴Ⅴ32固接，轴Ⅴ32与变速箱B36固接，变速箱B36与轴Ⅷ40固接，轴Ⅷ40与离合器Ⅳ41固接，离合器Ⅳ41与轴XIII53固接，轴XIII53与带轮Ⅳ57固接，带轮Ⅳ57和带轮Ⅲ51与V带Ⅱ55活动连接，带轮Ⅲ51和轴Ⅺ50固接，轴Ⅺ50与离合器Ⅴ45固接，离合器Ⅴ45与轴Ⅸ42固接。轴Ⅸ42与伞齿箱43固接；发电机29通过电源线与稳压器20连接，稳压器20通过电源线与发电机29蓄电池21连接。在减速降落状态时负载较小，若转矩传感器Ⅲ46测量得发动机34输出扭矩大于外负载扭矩，则离合器Ⅴ45、离合器Ⅵ52、离合器Ⅲ37、离合器Ⅱ31与离合器Ⅳ41闭合，发电机29发电通过稳压器20后储存在发电机29蓄电池21中，并通过转矩传感器Ⅱ38测量传递给发电机29的扭矩，从而充分利用能量，在消耗能量同样多的情况下，提高能量利用率，继而提高飞行器巡航时间。
四、当油/光/电多动力源固定翼飞行器在白天飞行过程中，太阳能板Ⅰ11、太阳能板Ⅱ48不停地将太阳能转化为电能通过电源调节器19储存在太阳能蓄电池24中。当油箱28油量完全消耗后，飞行器仅由电动机14提供动力，主要由发电机29蓄电池21、燃料电池22、太阳能蓄电池24通过电源调节器19和电调17给电动机14供电。备用电池23通过电源调节器19给主控制器18供电，从而增加了续航时间，避免因缺乏燃油而紧急降落。

Claims (4)

1.油/光/电多动力源固定翼飞行器，包括导流罩(1)、桨叶(2)、机体(4)、动力驱动单元、主控制器(18)、方向舵机(26)、垂直副翼(27)、左机翼(44)单元和右机翼(16)单元；所述动力驱动单元和主控制器(18)位于所述机体(4)内部；其特征在于，
所述动力驱动单元包括变速箱A(5)、伞齿箱(43)、发动机(34)、变速箱B(36)、发电机(29)、电动机(14)、带传动结构Ⅰ和带传动结构Ⅱ；所述发动机(34)和电动机(14)以并联形式与所述变速箱A(5)的两个输入端连接，所述变速箱A(5)输出端与桨叶(2)和导流罩(1)固定连接，所述电动机(14)输出端通过带传动结构Ⅱ与所述变速箱A(5)的一个输入端连接，所述发动机(34)输出端与伞齿箱(43)输入端连接，所述伞齿箱(43)的一个输出端与变速箱A(5)的另一个输入端连接，所述伞齿箱(43)的另一个输出端通过带传动结构Ⅰ与所述变速箱B(36)输出端连接，所述变速箱B(36)输入端与所述发电机(29)输出端连接，所述方向舵机(26)与所述垂直机翼连接；
通过所述主控制器(18)控制左机翼(44)单元的舵机Ⅱ(47)、右机翼(16)单元的舵机Ⅰ(15)、方向舵机(26)和发动机(34)，所述主控制器(18)分别通过转矩传感器测得发动机(34)、发电机(29)和电动机(14)的扭矩。
2.根据权利要求1所述的油/光/电多动力源固定翼飞行器，其特征在于，所述左机翼(44)单元包括舵机Ⅱ(47)、太阳能板Ⅱ(48)和左机翼(44)所述舵机Ⅱ(47)和太阳能板Ⅱ(48)设置在左机翼(44)上；所述右机翼(16)单元包括舵机Ⅰ(15)、太阳能板Ⅰ(11)和右机翼(16)，所述舵机Ⅰ(15)和太阳能板Ⅰ(11)设置在右机翼(16)上。
3.根据权利要求2所述的油/光/电多动力源固定翼飞行器，其特征在于，所述动力驱动单元还包括油箱(28)、稳压器(20)、电调(17)、电源调节器(19)、发电机(29)蓄电池(21)、燃料电池(22)、备用电池(23)和太阳能蓄电池(24)；所述油箱(28)与所述发动机(34)固定连接，所述发电机(29)通过稳压器(20)与所述发电机(29)蓄电池(21)连接，电源调节器(19)分别通过电源线与发电机(29)蓄电池(21)、燃料电池(22)、备用电池(23)、太阳能蓄电池(24)和电调(17)并联连接，电源调节器(19)分别通过一个逆变器与太阳能板Ⅰ(11)和太阳能板Ⅱ(48)连接，通过所述主控制器(18)控制电源调节器(19)和电调(17)工作。
4.根据权利要求1所述的油/光/电多动力源固定翼飞行器，其特征在于，所述带传动结构Ⅰ包括两个通过V带活动连接的带轮，带传动结构Ⅰ和带传动结构Ⅱ结构相同。
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