CN108545199A - 并联式混合动力飞机动力系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种并联式混合动力飞机动力系统，包括为螺旋桨提供驱动力的发动机、驱动电机、与螺旋桨连接的动力耦合系统、混动控制模块和为驱动电机提供电能的动力电池，驱动电机与动力耦合系统连接，动力电池通过逆变整流模块与驱动电机连接。本发明的并联式混合动力飞机动力系统，可直接将内能转化飞机所需的动能，可以利用电网的电能为飞机提供动能，还可进行能量回收，有效的满足飞机各项性能指标，大大提高了能量利用率，节约了能源消耗，降低境污染，同时缓解能源危机的压力。
Description
技术领域
本发明属于飞机技术领域，具体地说，本发明涉及一种并联式混合动力飞机动力系统。
背景技术
随着能源危机与环境污染日益严重，发展新能源飞机是一个必然趋势。电能作为清洁能源是首选方案，由于受电池技术现状的制约，需要有个过渡方案，这就产生了油电混合动力系统方案。目前，油电混合动力飞机主要采用串联式混合动力系统方案，能量利用率较低。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种并联式混合动力飞机动力系统，目的是提高能量利用率。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：并联式混合动力飞机动力系统，包括为螺旋桨提供驱动力的发动机、驱动电机、与螺旋桨连接的动力耦合系统、混动控制模块和为驱动电机提供电能的动力电池，驱动电机与动力耦合系统连接，动力电池通过逆变整流模块与驱动电机连接。
所述驱动电机为永磁同步交流电机。
所述发动机通过传动轴与螺旋桨连接，所述动力耦合系统通过传动轴与螺旋桨连接。
所述动力电池为锂电池。
本发明的并联式混合动力飞机动力系统，可直接将内能转化飞机所需的动能，可以利用电网的电能为飞机提供动能，还可进行能量回收，有效的满足飞机各项性能指标，大大提高了能量利用率，节约了能源消耗，降低境污染，同时缓解能源危机的压力。
附图说明
本说明书包括以下附图，所示内容分别是：
图1是本发明并联式混合动力飞机动力系统的原理示意图；
图中标记为：1、发动机；2、离合器；3、驱动电机；4、动力耦合系统；5、传动轴；6、螺旋桨；7、逆变整流模块；8、动力电池；9、混动控制模块；10、油门推杆；11、发动机ECU。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。
如图1所示，本发明提供了一种并联式混合动力飞机动力系统，包括为螺旋桨6提供驱动力的发动机1、驱动电机3、与螺旋桨6连接的动力耦合系统4、混动控制模块9和为驱动电机3提供电能的动力电池8，驱动电机3与动力耦合系统4连接，动力电池8通过逆变整流模块7与驱动电机3连接。
具体地说，如图1所示，发动机1通过传动轴5与螺旋桨6连接，动力耦合系统4同样通过传动轴5与螺旋桨6连接。驱动电机3与动力耦合系统4连接，发动机1可通过传动轴5单独驱动螺旋桨6，发动机1还可与驱动电机3通过动力耦合系统4共同驱动螺旋桨6；驱动电机3可单独驱动螺旋桨6进行旋转；发动机1单独驱动螺旋桨6时，驱动电机3可通过逆变整流模块7为动力电池8充电。
驱动电机3单独驱动螺旋桨6的工作模式为：当动力电池8的电量充足或飞机需求功率较小时，发动机1关闭，动力电池8为驱动电机3提供能量，驱动电机3产生的驱动力经动力耦合系统4传递至传动轴5，进而驱动螺旋桨6旋转。
发动机1单独驱动螺旋桨6的工作模式为：当飞机需求功率中等或动力电池8的电量较低时，发动机1提供飞机所需的全部能量，发动机1运转，发动机1产生的驱动力传递至传动轴5，进而驱动螺旋桨6旋转。
发动机1与驱动电机3共同驱动螺旋桨6的工作模式为：当飞机需求功率较大时，发动机1与驱动电机3一起为飞机提供动力，发动机1运转，发动机1和驱动电机3产生的驱动力传递至传动轴5，进而驱动螺旋桨6旋转。
能量回收的工作模式为：当飞机减速时，发动机1运转，发动机1产生的驱动力经传动轴5和动力耦合系统4传递至驱动电机3，发动机1带动驱动电机3运转，进行发电，为动力电池8充电。
动力耦合系统4可以将发动机1的动力与驱动电机3的动力进行合成，实现了发动机1与驱动电机3共同驱动螺旋桨6，从而大大提高了飞机的动力性。动力耦合系统4的结构如同本领域技术人员所公知的那样，在此不再赘述。
如图1所示，发动机1和传动轴5之间设有离合器2，传动轴5的一端与离合器2连接，传动轴5的另一端与螺旋桨6连接。离合器2用于控制发动机1与传动轴5之间的动力传递的中断与结合，可以断开发动机1与驱动电机3的之间的动力传递。驱动电机3单独驱动螺旋桨6时，可以很好的实现飞机的纯电起飞，降低了机场噪声污染，如发动机1出现故障，驱动电机3仍可以单独为飞机提供动力，提高了飞机的安全性。
动力电池8可以在地面进行充电，也可在飞行过程中进行充放电，可根据飞机的布局情况自由组合。
如图1所示，逆变整流模块7用于将动力电池8产生的直流电转化成交流电，供驱动电机3使用。动力电池8通过逆变整流模块7为驱动电机3供电，同时，逆变整流模块7还可以将驱动电机3产生的电能输送至动力电池8，以对动力电池8进行充电，大大提高了动力系统能量利用率。
如图1所示，混动控制模块9用于控制动力电池8、逆变整流模块7和发动机ECU11(发动机控制单元)，发动机ECU11用于控制发动机1。混动控制模块9可对整个动力系统进行能量管理、监测与故障诊断，通过飞机的油门推杆10的输入情况控制发动机1及驱动电机3的输出功率，同时也可以手动切换发动机1单独驱动、驱动电机3单独驱动及两者共同驱动。
如图1所示，混动控制模块9通过采集动力电池8及油门推杆10的信息，给发动机ECU11及逆变整流模块7发出指令，控制发动机1及驱动电机3的输出功率。
作为优选的，驱动电机3为永磁同步交流电机，其功重比大，符合航空要求，在动力电池8电量充足时，起飞阶段，可采用纯电飞行模式。驱动电机3通过传动轴5单独驱动螺旋桨6为飞机提供动力，大大降低了机场周边的噪声及空气污染。
作为优选的，动力电池8为锂电池且为高能量密度锂电池，其由一定数量的单体电池串并联组合而成，可在地面通过电网进行补充电量，同时可储存回收的能量。
离合器2和动力耦合系统4组合工作很好的实现了发动机1或驱动电机3一个出现故障，另一个还可以工作独立为飞机提供动力，大大提高了飞机的安全性。
混动控制模块9为高度集成控制器件，是整个并联式混合动力飞机动力系统的大脑，通过采集动力电池8的电量、温度等信息及油门推杆10的角位移传感器的信息，控制发动机1及驱动电机3的输出功率。混动控制模块9采集到动力电池8的电量低于50％的信息时，混动控制模块9给发动机ECU11发出指令，启动发动机1。当混动控制模块9采集到动力电池8的温度高于60℃或逆变整流模块7的温度大于80℃的信息时，混动控制模块9给逆变整流模块7发出指令，降低驱动电机3的输出功率，降低温升，保护相关电子器件。
本发明的并联式混合动力飞机动力系统，发动机1可直接将燃料的内能转化成飞机的动能，驱动电机3可利用电网的电能为飞机提供动能，同时还可以进行能量回收，大大提高了能量利用率，节约了能源消耗，降低境污染，缓解能源危机。并且发动机1与驱动电机3都可单独工作为飞机提供动能，大大提高了飞机的安全性。
以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.并联式混合动力飞机动力系统，包括为螺旋桨提供驱动力的发动机，其特征在于：还包括驱动电机、与螺旋桨连接的动力耦合系统、混动控制模块和为驱动电机提供电能的动力电池，驱动电机与动力耦合系统连接，动力电池通过逆变整流模块与驱动电机连接。
2.根据权利要求1所述的并联式混合动力飞机动力系统，其特征在于：所述驱动电机为永磁同步交流电机。
3.根据权利要求1或2所述的并联式混合动力飞机动力系统，所述发动机通过传动轴与螺旋桨连接，所述动力耦合系统通过传动轴与螺旋桨连接。
4.根据权利要求1至3任一所述的并联式混合动力飞机动力系统，其特征在于：所述动力电池为锂电池。
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