CN107264818A - 小型无人机用自适应增压供油系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于无人机的供油控制系统，所述无人机包括：涡喷发动机，所述涡喷发动机为所述无人机提供动力；油箱，所述油箱为所述涡喷发动机供油；其特征在于，所述供油控制系统包括：引气管，所述引气管将所述涡喷发动机产生的一部分气体引导进入所述油箱。确保在各种工况都能有效增加供油系统压力，延长燃油泵使用寿命，保证无人机安全可靠运行。
Description
技术领域
本发明涉及航空领域，更具体地涉及无人机和航空发动机供油系统，特别适用于小型高空无人机及其涡喷动力装置。
背景技术
小型高空无人机可用作侦查、探测、攻击、靶标等用途，其常规飞行高度多在5000～12000米高空，这一类无人机通常配备涡喷发动机作为其动力装置。涡喷发动机所需燃油储备在飞机油箱中，需要一套燃油系统、主要是燃油泵将燃油输送到发动机燃烧室当中。当无人机的飞行高度超过5000米，大气环境压力将低于55kPa，燃油泵前供油压力偏低，供油能力大幅减弱；再者无人机在高空做各种机动动作时，燃油泵位置可能高于油箱液位，油泵容易出现吸空，造成供油困难。这种情况一方面容易引起发动机熄火从而导致空中停车，另一方面也极易造成油泵点蚀，影响油泵工作寿命。
为了解决上述问题，现有技术提出了一些可行方案，其核心思想是给无人机供油油箱加压，从而增大燃油泵供油压力，避免出现吸空现象。主要有以下两种方案：(1)在燃油泵前单独设置二级增压油泵，先将油箱供油增加到一定压力再供给燃油泵。(2)采用自增压油箱，即用活塞把油箱隔出一部分空间充填压缩氮气，这样在工作过程中氮气膨胀加压油箱使得燃油能自主流出。这两种方案都能取得一定的效果，在大型飞机上已广泛采用。但这两种方法在小型无人机上使用仍有一定的局限性：(1)添加增压油泵会消耗无人机本就有限的电力，影响其他机载设备的电力供应；同时增压泵本身使用寿命也很有限。(2)受制于小型无人机的油箱空间有限，采用自增压油箱会进一步压缩油箱空间，降低飞机有效载油量；且随着充填的压缩氮气的消耗，油箱的增压能力在不断衰减，并不能适应无人机对不同工况的不同增压要求。
因此，需要寻求一种适用于小型无人机的发动机增压供油系统，能够在不同的飞行工况，随着外界环境的变化自适应的增加无人机油箱供油压力，延长燃油泵使用寿命，保证无人机安全可靠运行。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种设计合理、适用于小型高空无人机的自适应增压供油系统。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是利用小型无人机动力装置——涡喷发动机的自身空气压缩能力，分流一部分压气机后高压气体主动增加飞机油箱压力，通过设置稳压阀自适应调节，达到供油系统压力平衡的目的。具体来说，小型高空无人机多采用玻璃钢或金属材质的硬质油箱，能够承受一定压力，考虑到5000米以上高空的大气环境压力，一般需要将油箱加压并维持表压在20～50kPa。而小型无人机配装的涡喷发动机压气机压比一般在3～6之间，其产生的高压气完全能满足供油系统加压要求，且气源稳定可靠，只要发动机运转起来便可源源不断地供给，完全可实现对无人飞机供油系统永久持续加压，无使用寿命之忧。
为了实现以上技术方案，构建小型无人机增压供油系统，包括涡喷发动机、油箱、引气喷嘴、引气管、空气过滤器、冷却管、单向阀、稳压阀。在发动机上安装引气喷嘴，从发动机压气机后引出高压气，经引气管、单向阀、空气过滤器、冷却管到飞机油箱，在油箱上设置稳压阀，通过设置稳压阀放气压力保持油箱压力平衡维持在一定范围内。所述系统中必须控制引气喷嘴出口面积，保证系统具有足够的引气压力而又不至于引气量过大，引气量太大会浪费发动机压缩耗功并减小发动机推力。另外发动机大车时引气温度偏高，可能达到200℃以上，直接进入油箱存在安全隐患，因此需要经过布置在飞机引射风道内的冷却管，与外部对流空气热交换降低温度至50℃以内。在系统中设置空气过滤器用来过滤从发动机引出的高压空气，设置单向阀维持油箱压力以自动适应飞机不同的工况，保证加压空气即使在某些极端条件下也不会倒流，确保系统安全性。
本发明公开一种用于无人机的供油控制系统，所述无人机包括：涡喷发动机，所述涡喷发动机为所述无人机提供动力；油箱，所述油箱为所述涡喷发动机供油；
其特征在于，所述供油控制系统包括：
引气管，所述引气管将所述涡喷发动机产生的一部分气体引导进入所述油箱。
根据本发明的用于无人机的供油控制系统，其特征在于，还包括：
引气喷嘴，所述引气喷嘴设置在涡喷发动机的后部并且与所述引气管连接，以将所述涡喷发动机产生的一部分气体引导进入所述引气管。
根据本发明的用于无人机的供油控制系统，其特征在于，所述引气喷嘴包括节流装置，通过调节所述引气喷嘴的节流装置的出口面积对所述涡喷发动机产生的一部分气体进行节流。
根据本发明的用于无人机的供油控制系统，其特征在于，还包括冷却装置，所述冷却装置设置成与所述引气管的外表面接触。
根据本发明的用于无人机的供油控制系统，其特征在于，所述冷却装置包括冷却管。
根据本发明的用于无人机的供油控制系统，其特征在于，所述冷却装置在所述引气管与位于所述无人机的内部的风道之间进行对流交换，以降低所述涡喷发动机产生的一部分气体的温度。
根据本发明的用于无人机的供油控制系统，其特征在于，还包括稳压阀，所述稳压阀连接在所述油箱中，以维持油箱内的压力。
本发明公开一种无人机，包括：
涡喷发动机，所述涡喷发动机为所述无人机提供动力；
油箱，所述油箱为所述涡喷发动机供油；和
上述用于无人机的供油控制系统。
采用本发明所述方案，在不增加飞机结构复杂性、不消耗有限的电能的前提下，利用飞机配装的涡喷发动机自身的增压能力，有效地实现了对飞机供油系统的增压，且能自适应地满足不同工况环境要求，延长了飞机燃油泵的使用寿命并保障了飞机运行的安全性。该发明目前已在某小型无人机高空试飞试验中取得了良好的效果。
附图说明
通过参照附图详细描述本发明的实施例，本发明将变得更加清楚，其中：
图1为本发明的系统装置示意图。
标号说明：涡喷发动机1、引气喷嘴2、引气管3、空气过滤器4、冷却管5、单向阀6、油箱7、稳压阀8。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
如图1所示，本实施例系统适用于用于小型高空无人机，从其动力装置涡喷发动机引气加压机载油箱，包括涡喷发动机1、引气喷嘴2、引气管3、空气过滤器4、冷却管5、单向阀6、油箱7、稳压阀8。在涡喷发动机1的压气机后设置引气喷嘴2，引出发动机自身产生的高压气，经引气管3、空气过滤器4、冷却管5、单向阀6进入飞机油箱7，由稳压阀8控制油箱7内压力平衡。
本发明从涡喷发动机1的压气机后引出高压气，需在引气管3进口设置引气喷嘴2，通过调节适当的喷嘴出口面积对引气节流，既保证进入飞机油箱7的加压气的流量和压力，又不至于过量引气影响发动机推力。
系统所用引气管3均采用无缝金属管，使用前需用干净煤油循环清洗并烘干。另外在系统中需设置空气过滤器4，过滤从涡喷发动机1引气带来的杂质污物，一般空气过滤器精度达到10～20μ，保证进入油箱7的气体清洁，不至于污染燃油。
涡喷发动机1压气机后压力较高，温度也偏高，可达200℃以上，需要在引气管路布置冷却管，与飞机内部风道对流空气热交换降低温度至50℃以内，保障油箱引气加压的使用安全。
无人飞机在高空机动时会出现油压倒吸等极端条件，为了保证引气管路不会气液倒流入发动机，需在系统设置单向阀保证气体单一流向，保障发动机运行安全。
油箱7安装稳压阀8，设置其阈值维持油箱内外压差在允许范围内以适应飞机不同工况。无人飞机在5000米～12000米空域范围，适于设置油箱表压为20～50kPa。
本发明的实施例公开一种小型无人机用自适应增压供油系统，属于航空无人机技术领域，其主要包括涡喷发动机、油箱、引气喷嘴、引气管、空气过滤器、冷却管、单向阀、稳压阀。通过从飞机发动机上安装引气喷嘴，引出其压气机加压后的高压气，经引气管、单向阀、空气过滤器、冷却管到飞机油箱，给飞机油箱加压，同时在油箱上设置稳压阀，保持油箱压力始终维持在一定范围内以适应飞机不同工况条件。
该发明专利直接利用涡喷发动机自身产生的高压气给飞机供油系统增压，无需额外配置二级增压油泵或给油箱填充惰性气体，既能降低耗能、减轻载荷，又能保障无人机续航时间，确保在各种工况都能有效增加供油系统压力，延长燃油泵使用寿命，保证无人机安全可靠运行。
本发明公开一种用于无人机的供油控制系统.
所述无人机包括：涡喷发动机1，所述涡喷发动机1为所述无人机提供动力；
油箱7，所述油箱7为所述涡喷发动机1供油；
其特征在于，所述供油控制系统包括：
引气管3，所述引气管3将所述涡喷发动机1产生的一部分气体引导进入所述油箱7。
根据本发明的用于无人机的供油控制系统，其特征在于，还包括：
引气喷嘴2，所述引气喷嘴2设置在涡喷发动机1的后部并且与所述引气管3连接，以将所述涡喷发动机1产生的一部分气体引导进入所述引气管3。
根据本发明的用于无人机的供油控制系统，其特征在于，所述引气喷嘴2包括节流装置，通过调节所述引气喷嘴2的节流装置的出口面积对所述涡喷发动机1产生的一部分气体进行节流。
根据本发明的用于无人机的供油控制系统，其特征在于，还包括冷却装置5，所述冷却装置5设置成与所述引气管3的外表面接触。
根据本发明的用于无人机的供油控制系统，其特征在于，所述冷却装置5包括冷却管5。
根据本发明的用于无人机的供油控制系统，其特征在于，所述冷却装置5在所述引气管3与位于所述无人机的内部的风道之间进行对流交换，以降低所述涡喷发动机1产生的一部分气体的温度。
根据本发明的用于无人机的供油控制系统，其特征在于，还包括稳压阀8，所述稳压阀8连接在所述油箱7中，以维持油箱7内的压力。
本发明公开一种无人机，包括：
涡喷发动机1，所述涡喷发动机1为所述无人机提供动力；
油箱7，所述油箱7为所述涡喷发动机1供油；和
上述用于无人机的供油控制系统。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种用于无人机的供油控制系统，所述无人机包括：涡喷发动机，所述涡喷发动机为所述无人机提供动力；油箱，所述油箱为所述涡喷发动机供油；
其特征在于，所述供油控制系统包括：
引气管，所述引气管将所述涡喷发动机产生的一部分气体引导进入所述油箱。
2.根据权利要求1所述的用于无人机的供油控制系统，其特征在于，还包括：
引气喷嘴，所述引气喷嘴设置在涡喷发动机的后部并且与所述引气管连接，以将所述涡喷发动机产生的一部分气体引导进入所述引气管。
3.根据权利要求2所述的用于无人机的供油控制系统，其特征在于，所述引气喷嘴包括节流装置，通过调节所述引气喷嘴的节流装置的出口面积对所述涡喷发动机产生的一部分气体进行节流。
4.根据权利要求1所述的用于无人机的供油控制系统，其特征在于，还包括冷却装置，所述冷却装置设置成与所述引气管的外表面接触。
5.根据权利要求4所述的用于无人机的供油控制系统，其特征在于，所述冷却装置包括冷却管。
6.根据权利要求4所述的用于无人机的供油控制系统，其特征在于，所述冷却装置在所述引气管与位于所述无人机的内部的风道之间进行对流交换，以降低所述涡喷发动机产生的一部分气体的温度。
7.根据权利要求1所述的用于无人机的供油控制系统，其特征在于，还包括稳压阀，所述稳压阀连接在所述油箱中，以维持油箱内的压力。
8.一种无人机，包括：
涡喷发动机，所述涡喷发动机为所述无人机提供动力；
油箱，所述油箱为所述涡喷发动机供油；和
根据权利要求1的用于无人机的供油控制系统。
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