CN107074343B - 航空器电池容纳吊舱 - Google Patents

Abstract

一种电池容纳吊舱包括由轻量材料形成的本体。所述本体具有空气动力学外部形状和被形成在所述轻量材料中的内部腔，所述内部腔的尺寸和形状被设计成容纳一个或多个电池组。光滑的外部涂层覆盖本体的外部形状，并且形成在本体中或本体上的附接结构允许本体被联接到飞行器。公开并要求保护其它实施例。

Description

航空器电池容纳吊舱

技术领域

公开的实施例一般地涉及容纳吊舱，并且特别地，但不排他地，涉及航空器电池容纳吊舱。

背景技术

锂离子电池作为飞行器的能量存储单元是有利的：它们具有高的能量密度，足够的功率密度，并且与其它高能量密度存储类型相比，它们具有良好的循环寿命。然而，一个大的缺点是它们造成易燃危险。由于它们的高功率密度，如果它们由于短路、外部加热或者一些其它缺陷而达到它们的热失控温度，锂离子单体可能燃烧或者猛烈地爆炸。电池单体内侧的氧化剂和燃料的存在意味着燃烧温度很高，并且反应一旦开始就难以停止。

在飞行器中，期望使重量最小化，这意味着，由于容纳或熄灭电池火焰的系统的重量可能是禁止性的，灭火是困难的。降低电池单体的温度使得它们不会进入热失控，可能会要求大量的吸热材料诸如水。也会需要强压容器来容纳由火生成的热和气体，但这再次会是重的并显著减小高能量密度，其中高能量密度使锂离子电池成为具有吸引力的能量存储方法。

在必须具有非常低的重量并且其结构易于损坏的飞行器中，如果电池被容纳在飞行器结构的内侧，高温和腐蚀性燃烧产物必须被完全容纳直到它们被排出到飞行器外侧为止。即使小的容纳容器故障也会导致结构故障并且造成飞行器坠毁。

附图说明

参考附图描述本发明的非限制性和非穷尽性实施例，其中贯穿各个视图，除非特别指出，相同的附图标记指示相同的部分。

图1A-1B是航空器实施例的前视图。

图2是电池容纳吊舱的透视图。

图3A是电池容纳吊舱的实施例的概略性侧截面。

图3B是大体沿着截面线B-B截取的图3A的电池容纳吊舱的概略性前截面。

图4是电池容纳吊舱的实施例的截面视图。

具体实施方式

描述航空器电池容纳吊舱的设备和系统的实施例。描述具体细节以提供对实施例的透彻理解，但是本领域的普通技术人员将理解的是，基于描述，本发明能够在不具有所描述的一个或多个细节的情况下实施，或者在具有其它方法、部件、材料等的情况下实施。在一些情形中，已知的结构、材料或操作不被详细示出或描述，但是仍然包含在本发明的范围内。

贯穿该说明书，“一个实施例”或“实施例”意味着所描述的特征、结构或特性能包括至少一个所描述的实施例中，所以“在一个实施例中”或“在实施例中”不必然全指同一实施例。此外，特别的特征、结构或特性可以被以适当方式组合在一个或多个实施例中。

所描述的实施例在人口密集区域上方运行的高海拔、长航时飞行器中是有用的。期望设计飞行器使得飞行器的系统中的紧急状况不削弱航空器的适航性并使其分解或坠毁到人口密集区域中，在人口密集区域中可能会导致财产损坏或生命的丢失。在携带电池尤其是现行锂离子电池的飞行器中，电池是火灾危险源，并且期望将它们放置成尽可能远离飞行器的关键结构，从而这些结构不受火灾威胁。

图1A-1B图示高海拔长航时航空器的实施例。图1A图示航空器100的实施例，航空器100包括机身102，其被结构性地联接到翼部104和尾部106。航空器100是低翼航空器，意味着机身102坐置在翼部104上，或者换言之，翼部104位于机身102的下部中。翼部104包括顺翼展方向延展的翼梁108，其和弦向延展肋(未示出)以及翼部蒙皮109一起是翼部的主要结构构件。

电池容纳吊舱110通过挂架(pylon)112联接到翼梁108。电池容纳吊舱110允许航空器100安全地携带远离航空器100的主要结构元件的电池，使得电池能安全地存储由其它机载系统诸如在翼部蒙皮109上或中的太阳能面板生成的电力，并且能提供电能到驱动螺旋桨或推动航空器的一个或多个马达以及机载系统诸如导航电子器件、通信电子器件等。

另外，在所示实施例中，电池容纳吊舱110位于机身102的最下部的方向。因为它们的最下表面在机身120的最下部下方，所以吊舱110形成航空器的最下部并且也能其起航空器100的起落撬的作用，因而避免需要重的起落架，增大航空器的性能。但不是航空器100的每个实施例都需要使用电池容纳吊舱作为起落撬。

图1B图示航空器150的另一个实施例。航空器150在大多方面类似于航空器100，不同在于航空器150具有高翼构造，意味着翼部位于机身102的顶部中而不是在底部中，或者换言之，机身从翼部悬挂而不是位于翼部上方。作为高翼构造的结果，挂架152比挂架112长，使得在航空器150中，吊舱110仍然能被用作起落撬。但是不使用吊舱110作为起落撬的航空器150的其它实施例能具有比示出的短的挂架152。

图2图示电池容纳吊舱110的实施例。吊舱110被附接到空气动力学形状的挂架112，并且挂架112进而被附接到翼部翼梁108。在该布置中，吊舱110内的电池与翼梁108及其它关键翼部结构分开，使得电池火灾不会烧到这些结构。

在所示的实施例中，吊舱110能是轴对称的，具有与对称的机翼诸如NACA 0023对应的横截面。在操作中，当在零攻角时，具有轴对称形状的吊舱基本上不生成升力，尽管当其在处于非零攻角时会生成升力。但是在其它实施例中，吊舱110不必是轴对称的，并且能被设计成即使在零攻角时也向上(朝向翼部)或向下(远离翼部)提升。在所示实施例中，挂架112具有与对称机翼诸如NACA 0012对应的横截面形状，但是在其它实施例中，可以使用不同的对称或非对称机翼截面。

图3A-3B一起图示吊舱110和挂架112的实施例的细节；图3A是侧截面，图3B是前截面。吊舱110由易于形成的热绝缘材料302制成；在一个实施例中，材料302可以是挤塑聚苯乙烯(XPS)，但是能使用其它材料。腔306被形成在材料302中以容置电池、电子器件和相关设备。腔306的内部能被衬有材料307诸如金属箔、芳纶纤维材料诸如凯夫拉或者其它材料，用于进一步的热绝缘和防火。通道314能被形成在材料302中，使得被容置在腔306内的部件能与吊舱110外侧的外部空气相互作用(见图4)。薄的光滑材料覆盖物304的涂层被放置在吊舱110的外侧，以保护内部绝缘材料302，并且给吊舱光滑且具空气动力学的外部表面。在一个实施例中，材料覆盖物304能是双轴取向聚对苯二甲酸乙二醇酯(BoPET)，诸如在商标名Mylar下已知的材料，但是在其它实施例中，能使用其它材料。

在一些实施例中，耐磨损材料308能被层铺到吊舱110的底部上的外表面304上，使得挂架112和吊舱110能起航空器的起落撬的作用。在一个实施例中，耐磨损材料308能是芳纶纤维材料诸如凯夫拉，但能使用其它材料诸如金属或塑料。耐磨损材料308能是可移除的和可更换的，使得当破损时，其能被易于移除和更换。

吊舱110的全部或部分能包括“外骨骼”303，以提供硬点，在硬点处，吊舱110能被稳固地附接到挂架112。在一个实施例中，框架或外骨骼能由碳纤维制成，但是在其它实施例中，能使用金属、塑料、芳纶纤维材料诸如凯夫拉或者其它材料。

在一个实施例中，挂架112能是硬壳式、半硬壳式或非硬壳式结构。使用复合材料诸如碳纤维、芳纶纤维材料诸如凯夫拉、金属、塑料或者其它材料或者材料的组合，挂架112能被建成具有适当的长度和截面形状。挂架112被结构性地联接到翼梁108。在一个实施例中，挂架112的将被附接到翼梁108的端部被形成为与翼梁的形状相匹配并且然后被使用粘结剂诸如增韧环氧树脂附接到翼梁，但是在其它实施例中，特殊的固定件或紧固件能被用于该附接。但是在其它实施例中，使用紧固件或适于该目的的特别设计的固定件，挂架112能被结构性地联接到翼梁108。

两个或更多个线缆也能将吊舱110联接到挂架112：电线缆310和机械线缆312。电线缆310被电联接到被容置在腔306内的电池或电子器件，并且能通过挂架112和翼梁108引到航空器中的其它部件。机械线缆312将容置在腔306内的部件，在一个实施例中为电池，联接到挂架112，使得如果火灾耗尽所有的吊舱110，它们不会从航空器落下。

图4是吊舱110的截面。吊舱具有对称机翼截面形状。容置在腔306内的是部件诸如电池单体1-6，以及热传递管402，其位于通道314内以传导热离开电池单体1-6并且调节它们的温度。热传递管402从腔306延伸到吊舱110的外表面，在所述外表处，它被热联接到散热器404，散热器404能将热传递到在吊舱上方流动的外部空气。另外的或不同的部件，诸如电子器件、电池保护装置等，能和电池单体一起被共同容置在腔306中。

描述的实施例的一个重要优点是电池与关键航空器结构空间分离。该分离是保护关键航空器结构免于火灾的非常重量有效的方式，并且在电池的其它方面诸如环境控制的设计中允许更多自由。绝缘材料302减少来自暖的电池的热能损失，也用作吊舱结构和空气动力学整流罩，结果是非常轻量化。并且，如上所述，在一些实施例中，吊舱也能起起落撬的作用以在着陆期间使航空器稳定，有助于更轻量化的设计。

将电池放在关键航空器结构的外侧也显著减少所要求的防火材料的重量。翼部内侧的电池容纳结构可能必须直接经受燃烧电池的热和气体，但是如果电池在结构的外侧，则来自火灾的几乎全部热能将被直接耗散到气流中。腐蚀性和有害气体类似地被直接排出。为了额外的安全裕度，在一些实施例中，一层金属箔能被安装到翼部上靠近吊舱，以反射红外能并阻挡偶然的灰烬。外部电池容纳具有许多其它益处：吊舱是模块化的并且能被容易地更换，不再要求通向翼部内部，并且在翼部中不需要切口，以用于需要通向气流的任何物品——诸如例如电池冷却热交换器。

本发明的所述实施例的以上描述，包括摘要中的描述，不旨在是穷尽地或者将本发明限制到所公开的精确形式。虽然例如本发明的具体实施列在这里被描述用于说明性目的，但是如本领域的普通技术人员将意识到的，在本发明的范围内，各种等同修改是可能的。根据以上详细描述，可以对本发明做出这些修改。

以下权利要求中使用的术语不应被理解为将本发明限制到说明书和权利要求中所公开的具体实施例。相反，本发明的范围完全由以下权利要求确定，根据已建立的权利要求解释的法条来理解权利要求。

Claims (23)

1.一种电池容纳吊舱，包括：

本体，所述本体由轻量材料形成，所述本体具有空气动力学外部形状和被形成在所述轻量材料中的内部腔，所述内部腔的尺寸和形状被设计成容纳一个或多个电池组；

光滑的外部涂层，所述外部涂层覆盖所述本体的外部形状；

附接结构，所述附接结构被形成在所述本体中或所述本体上，以允许所述本体被联接到飞行器；

机械线缆，所述机械线缆用于在电池组存在时将所述电池组联接到所述飞行器的挂架；和

电线缆，所述电线缆从所述内部腔延伸到至少所述本体的外部表面，以在电池组存在时将电池组联接到所述飞行器的挂架中的对应电连接器。

2.根据权利要求1所述的吊舱，其中所述轻量材料是挤塑聚苯乙烯。

3.根据权利要求1所述的吊舱，其中所述外部涂层是双轴取向聚对苯二甲酸乙二醇酯。

4.根据权利要求1所述的吊舱，进一步包括内衬所述内部腔的绝热耐火材料。

5.根据权利要求1所述的吊舱，所述空气动力学外部形状是轴对称的。

6.根据权利要求5所述的吊舱，其中所述空气动力学外部形状的截面形状是NACA 0023机翼。

7.根据权利要求1所述的吊舱，其中所述本体的所述外部形状使得所述本体不生成升力。

8.根据权利要求1所述的吊舱，其中，所述挂架被附接到所述附接结构，且所述挂架能被用于将所述吊舱联接到所述飞行器的翼部翼梁。

9.根据权利要求1所述的吊舱，进一步包括耐磨损材料的带，所述带位于所述本体的下部上的外部涂层上。

10.根据权利要求9所述的吊舱，其中所述耐磨损材料是金属或者芳纶纤维材料。

11.根据权利要求1所述的吊舱，其中所述本体包括在所述本体中形成的通道，以将所述内部腔联接到所述吊舱的外部。

12.根据权利要求11所述的吊舱，进一步包括热管，所述热管位于所述通道中并且从所述内部腔延伸到所述吊舱的外部。

13.一种飞行器，包括：

机身；

翼部，所述翼部包括被结构性地联接到所述机身的翼梁；

电池容纳吊舱，所述电池容纳吊舱包括：

本体，所述本体由轻量材料形成，所述本体具有空气动力学外部形状和被形成在所述轻量材料中的内部腔，所述内部腔的尺寸和形状被设计成容纳一个或多个电池组；

光滑的外部涂层，所述外部涂层覆盖所述本体的外部形状；和

附接结构，所述附接结构被形成在所述本体中或所述本体上；和

挂架，所述挂架被联接到所述附接结构和所述翼梁，

其中，所述电池容纳吊舱进一步包括：机械线缆，所述机械线缆用于在电池组存在时将所述电池组联接到所述挂架；和电线缆，所述电线缆从所述内部腔延伸到至少所述外部表面，以在电池组存在时将电池组联接到所述挂架中的对应电连接器。

14.根据权利要求13所述的飞行器，其中所述轻量材料是挤塑聚苯乙烯。

15.根据权利要求13所述的飞行器，其中所述外部涂层是双轴取向聚对苯二甲酸乙二醇酯。

16.根据权利要求13所述的飞行器，进一步包括内衬所述内部腔的绝热耐火材料。

17.根据权利要求13所述的飞行器，其中所述空气动力学外部形状是轴对称的。

18.根据权利要求17所述的飞行器，其中所述空气动力学外部形状的截面形状是NACA0023机翼。

19.根据权利要求13所述的飞行器，其中所述本体的所述外部形状使得所述本体不生成升力。

20.根据权利要求13所述的飞行器，进一步包括耐磨损材料的带，所述带位于所述本体的下部上的外部涂层上。

21.根据权利要求20所述的飞行器，其中所述耐磨损材料是金属或者芳纶纤维材料。

22.根据权利要求13所述的飞行器，其中所述本体包括在所述本体中形成的通道，以将所述内部腔联接到所述吊舱的外部。

23.根据权利要求22所述的飞行器，进一步包括热管，所述热管位于所述通道中并且从所述内部腔延伸到所述吊舱的外部。