CN106864757A - 混合动力无人机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及无人机动力系统技术领域，提供混合动力无人机，包括机身及机翼，动力系统为电动机驱动螺旋桨，机身前方设有鸭翼，机身内部设有一组高功率密度电源和另一组高能量密度电源，两组电源并联通过控制器与螺旋桨电机连接，垂直起降时动力主要来自高功率密度电源，而高能量密度电源在平飞时提供动力并且能为高功率密度电池充电。本发明使垂直起降固定翼飞行器在起降时主要利用大功率高放电倍率的锂电池提供短期大功率动力，而在平飞时主要由高能量低功率电源提供长期稳定的动力源。

Description

混合动力无人机
技术领域
本发明涉及无人机动力系统技术领域，具体涉及一种混合动力无人机。
背景技术
垂直起降固定翼飞行器兼具固定翼飞行器续航时间长、巡航半径大、飞行效率高和垂直起降场地要求低的优势，而飞行器起飞降落需要很大的动力才能完成，而水平飞行时功率要求则要小得多，而现有技术中，大功率电池能量密度小质量大，在水平飞行时冗余质量大限制续航时间。传统飞行器大都采用同一系统提供动力，在满足起飞大功率要求的情况下会造成续航短，载重量低的问题。
发明内容
本发明为解决上述问题，提供一种能够垂直起降，搭载多动力系统且无机械传动结构、能空中启动提高可靠性的混合动力无人机系统设计。
本发明采用以下技术方案实现，
混合动力无人机，包括机身及机翼，动力系统为电动机驱动螺旋桨，机身前方设有鸭翼，机身内部设有一组高功率密度电源和另一组高能量密度电源，两组电源并联通过控制器与螺旋桨电机连接，垂直起降时动力主要来自高功率密度电源，而高能量密度电源在平飞时提供动力并且能为高功率密度电池充电。
进一步地，所述高功率密度电源为高功率密度锂电池，高能量密度电源为高能量密度锂电池、油电混合电源、燃料电池及太阳能电池的一种或几种混合。
进一步地，所述油电混合电源包括内燃机轴直接连接驱动三相无刷发电启动一体机，通过整流桥并联高功率密度锂电池共同驱动螺旋桨的动力电机控制器，低功率运行时发电机多余电量能为高功率密度锂电池充电；同时该发电启动一体机能够由高功率密度锂电池提供动力启动内燃机。
进一步地，所述内燃机与发电启动一体机通过共轴连接，内燃机动力轴与电机轴固定连接。
优选的，所述内燃机与发电启动一体机整体固定并通过减震垫连接固定座，固定座能从机身快捷拔插置换。
本发明的有益之处在于，使垂直起降固定翼飞行器在起降时主要利用大功率高放电倍率的锂电池提供短期大功率动力，而在平飞时主要由高能量低功率电源提供长期稳定的动力源，通过两组电源互补最大程度简化机械结构，降低系统重量尺寸，优化续航时间。此外油电混合电源的创新设计能在续航时为大功率锂电池充电；同时利用大功率锂电池能在空中启动油电混合系统的内燃机，大幅提高系统整体可靠性。
附图说明
图1 本发明整体结构示意图；
图2 图1俯视结构示意图；
图3 本发明动力系统连接示意图；
图4 本发明油电混合电源结构示意图；
图中1.内燃机，2螺旋桨座，3.机翼，31.上垂尾，32.下垂尾，11.高功率密度锂电池，12.电启动器控制器，13.发电启动一体机，131.散热扇，132.共轴，133.固定座，14.排气管，15.油箱，16. 无刷电动机控制器，17. 无刷电动机，18.螺旋桨。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步阐述。
如图1和图2所示，本发明提供一种混合动力无人机，包括机身及机翼3，动力系统为无刷电动机17驱动螺旋桨18，机身的尾部设有上垂尾31和下垂尾32，使得无人机能够垂直放置进行起降，机身的后方设有动力舱，内部设有一组高功率密度电源和另一组高能量密度电源，两组电源并联通过控制器与螺旋桨电机连接，垂直起降时大部分动力来自高功率密度电源，高能量密度电池在起降时起到辅助供电作用。高能量密度电源在平飞时提供主要动力并且能为高功率密度电池充电。
实际使用中，高功率密度电源采用技术成熟的高功率密度锂电池11，而高能量密度电源为高能量密度锂电池、油电混合电源、燃料电池及太阳能电池的一种或几种混合，在本实施例中，以油电混合电源为例进行说明。
如图3和图4所示，油电混合电源包括内燃机1轴直接连接驱动发电启动一体机13，该发电启动一体机为三相无刷形式，发电启动一体机与内燃机固定，既作为启动机启动内燃机，在内燃机启动后成为发电机。发电启动一体机与内燃机固定后，通过整流桥并联高功率密度锂电池，共同驱动螺旋桨的动力电机控制器。低功率运行时发电启动一体机多余电量能为高功率密度锂电池充电；同时该发电启动一体机能够由高功率密度锂电池提供动力启动内燃机，当无人机在空中需要紧急启动时，可以保证可靠启动。
内燃机的转轴与发电启动一体机的转轴直连固定，发电启动一体机与内燃机直线排列，共轴设置，减少冗余装置。电机轴上固定散热扇131，散热扇设置在发电启动一体机的外侧散热孔一侧，与内燃机的排气管相对。散热扇的叶片锥形，整体呈圆筒形，减少空间占用。
内燃机与发电启动一体机统一固定在固定座上，通过减震垫固定在机体内部的安装座上，固定座能从机身快捷拔插置换，当执行不同的飞行任务时，固定座连同内部电源一起更换，方便简单。固定座的设置方向与飞行器飞行方向垂直，充分利用内部空间。
因此，采用此系统使垂直起降固定翼飞行器在起降时主要利用大功率高放电倍率的锂电池提供短期大功率动力，而在平飞时主要由高能量低功率电源提供长期稳定的动力源，通过两组电源互补最大程度简化机械结构，降低系统重量尺寸，优化续航时间。油电混合电源能在续航时为大功率锂电池充电，同时利用大功率锂电池能在空中启动油电混合系统的内燃机，大幅提高系统整体可靠性。

Claims (5)

1.混合动力无人机，包括机身及机翼，动力系统为电动机驱动螺旋桨，机身前方设有鸭翼，其特征在于，机身内部设有一组高功率密度电源和另一组高能量密度电源，两组电源并联通过控制器与螺旋桨电机连接，垂直起降时动力主要来自高功率密度电源，而高能量密度电源在平飞时提供动力并且能为高功率密度电池充电。
2.根据权利要求1所述的混合动力无人机，其特征在于，所述高功率密度电源为高功率密度锂电池，高能量密度电源为高能量密度锂电池、油电混合电源、燃料电池及太阳能电池的一种或几种混合。
3.根据权利要求2所述的混合动力无人机，其特征在于，所述油电混合电源包括内燃机轴直接连接驱动三相无刷发电启动一体机，通过整流桥并联高功率密度锂电池共同驱动螺旋桨的动力电机控制器，低功率运行时发电机多余电量能为高功率密度锂电池充电；同时该发电启动一体机能够由高功率密度锂电池提供动力启动内燃机。
4.根据权利要求3所述的混合动力无人机，其特征在于，所述内燃机与发电启动一体机通过共轴连接，内燃机动力轴与电机轴固定连接。
5.根据权利要求2所述的混合动力无人机，其特征在于，所述内燃机与发电启动一体机整体固定并通过减震垫连接固定座，固定座能从机身快捷拔插置换。
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