CN109441678B - 一种活塞动力无人机动力系统的控制方法 - Google Patents

一种活塞动力无人机动力系统的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种活塞动力无人机动力系统的控制方法,包括步骤;确定活塞动力无人机在不同飞行工况下的燃油消耗量;根据所述燃油消耗量确定不同飞行工况下所述活塞动力无人机上燃油箱所需的通气量;确定不同飞行高度下的大气压力和燃油饱和蒸气压;确定所述燃油箱内外的最大可承受压力差;控制所述活塞动力无人机上活塞发动机输送至所述燃油箱内的压缩空气量,调节所述燃油箱内的空气压力;本发明通过将燃油活塞发动机涡轮增压的压缩空气作为燃油箱的增压气源,防止燃油管路发生气塞而造成的发动机熄火,提高活塞动力无人机高空飞行的安全性,同时降低活塞动力无人机的燃油消耗,增加所述活塞动力无人机的续航时间。

Description

一种活塞动力无人机动力系统的控制方法
技术领域
本发明涉及无人机技术领域,具体涉及一种活塞动力无人机动力系统的控制方法。
背景技术
现有的大部分高空无人机均采用涡轮增压活塞发动机;涡轮增压发动机作为动力系统虽然可以提高无人机的使用高度,但随着飞行高度的进一步升高,大气压力逐渐降低,当大气压力小于燃油饱和蒸气压时(如高度7500m时,大气压力仅为38.3kPa,RH-75LL航空汽油的饱和蒸气压为27~48kPa),此时燃油开始“沸腾”并迅速挥发,同时燃油供油管路中气泡和轻馏分(汽油中的低碳烃)游离出来形成气泡,造成燃油供油管路形成“气塞”,发动机供油中断,导致发动机停车,无人机失去动力,易造成无人机坠毁,严重时还会对地面造成次生灾害。
目前,一般在动力系统中增加电动增压泵、液压增压泵等附属设备对燃油箱进行增压,以提高燃油箱内油压避免高空大气压力对活塞动力无人机飞行的不良影响,但附属设备需要无人机从本已有限的动力能源提供额外能量以供附属设备使用,附属设备的设置造成活塞动力无人机上任务载荷可用空间、重量和可用能源的相对减少,影响活塞动力无人机的侦察能力和作战效能。
鉴于上述缺陷,本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。
发明内容
为解决上述技术缺陷,本发明采用的技术方案在于,提供一种活塞动力无人机动力系统的控制方法,包括步骤;
S1:确定活塞动力无人机在不同飞行工况下的燃油消耗量;
S2:根据所述燃油消耗量确定不同飞行工况下所述活塞动力无人机上燃油箱所需的通气量;
S3:确定不同飞行高度下的大气压力和燃油饱和蒸气压;
S4:确定所述燃油箱内外的最大可承受压力差;
S5:控制所述活塞动力无人机上活塞发动机输送至所述燃油箱内的压缩空气量,调节所述燃油箱内的空气压力。
较佳的,所述步骤S5中将所述活塞动力无人机上活塞发动机涡轮增压出的压缩空气作为所述燃油箱的增压气源,根据所述燃油箱不同飞行工况下的所述通气量需求,从而控制所述活塞发动机输送至所述燃油箱内的压缩空气量;同时根据所述最大可承受压力差、所述大气压力和所述燃油饱和蒸气压,从而控制所述活塞发动机输送至所述燃油箱后所述燃油箱内的空气压力,最终保证所述压缩空气量和所述空气压力满足所述燃油箱的通气需求和压力需求。
较佳的,在所述步骤S1中,根据所述活塞动力无人机的飞行剖面、需用功率、发动机外特性曲线、螺旋桨性能参数,计算所述活塞动力无人机在不同飞行工况下所述发动机所需的所述燃油消耗量。
较佳的,在所述步骤S2中,所述燃油箱所需的所述通气量与所述燃油消耗量体积相同。
较佳的,所述通气量V的体积公式为:
其中:ρfuel为所述燃油箱内的燃油密度;Q为所述燃油消耗量。
较佳的,在所述步骤S4中,根据所述燃油箱的结构形式以及种类,确定所述燃油箱内外的最大可承受压力差。
较佳的,在所述步骤S5中,满足公式;
P饱和<P增压<P大气+ΔP
V增压=V
其中;P饱和为所述燃油饱和蒸气压;P大气为不同高度下的所述大气压力;P增压为所述活塞发动机输送至所述燃油箱后所述燃油箱内的所述空气压力;V增压为所述活塞发动机提供的所述压缩空气量;V为所述通气量。
较佳的,通过采用设置节流阀控制所述活塞发动机提供的所述压缩空气量。
较佳的,通过采用设置压力控制阀控制所述活塞发动机输送至所述燃油箱后所述燃油箱内的所述空气压力。
与现有技术比较本发明的有益效果在于:本发明通过将燃油活塞发动机涡轮增压的压缩空气作为燃油箱的增压气源,在无需额外提供外部增压气源的情况下,减少所述燃油箱在高空飞行时因大气压变化造成的燃油挥发现象,防止燃油管路发生“气塞”而造成的发动机熄火,提高活塞动力无人机高空飞行的安全性,同时降低活塞动力无人机的燃油消耗,增加所述活塞动力无人机的续航时间。
附图说明
图1为本发明活塞动力无人机动力系统的控制方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图,对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
实施例一
如图1所示,图1为本发明活塞动力无人机动力系统的控制方法的流程图;本发明活塞动力无人机动力系统的控制方法包括步骤;
S1:确定活塞动力无人机在不同飞行工况下的燃油消耗量;
S2:根据所述燃油消耗量确定不同飞行工况下所述活塞动力无人机上燃油箱所需的通气量;
S3:确定不同飞行高度下的大气压力和燃油饱和蒸气压;
S4:确定所述燃油箱内外的最大可承受压力差;
S5:控制所述活塞动力无人机上活塞发动机输送至所述燃油箱内的压缩空气量,调节所述燃油箱内的空气压力。
本发明所述活塞动力无人机动力系统的控制方法将所述活塞动力无人机上活塞发动机涡轮增压出的压缩空气作为所述燃油箱的增压气源,根据步骤S2中确定的所述燃油箱不同飞行工况下的所述通气量需求,从而控制所述活塞发动机输送至所述燃油箱内的压缩空气量;同时根据步骤S3和步骤S4中确定的所述最大可承受压力差、所述大气压力和所述燃油饱和蒸气压,从而控制所述活塞发动机输送压缩空气至所述燃油箱后所述燃油箱内的空气压力,最终保证所述压缩空气量和所述空气压力满足所述燃油箱的通气需求和压力需求。
本发明通过将燃油活塞发动机涡轮增压的压缩空气作为燃油箱的增压气源,在无需额外提供外部增压气源的情况下,减少所述燃油箱在高空飞行时因大气压变化造成的燃油挥发现象,防止燃油管路发生“气塞”而造成的发动机熄火,提高活塞动力无人机高空飞行的安全性,同时降低活塞动力无人机的燃油消耗,增加所述活塞动力无人机的续航时间。
实施例二
在步骤S1中,根据所述活塞动力无人机的飞行剖面、需用功率、发动机外特性曲线、螺旋桨性能参数,计算所述活塞动力无人机在不同飞行工况下所述发动机所需的所述燃油消耗量Q。
在步骤S2中,所述通气量为所述燃油箱提供需消耗的燃油后为保证所述燃油箱内气压平稳而需要通入空气或其他气体的体积量。为使所述燃油箱不产生负压,在本实施例中,所述燃油箱所需的所述通气量与所述燃油消耗量Q体积相同。
具体的,所述通气量V的体积公式为:
其中:Pfuel为所述燃油箱内的燃油密度;Q为所述燃油消耗量。
在步骤S3中,不同飞行高度下的所述大气压力和所述燃油饱和蒸气压应为本领域人员可知的理论定值,所述大气压力与飞行高度有关,即所述大气压力随高度增加而递减;在近海平面1000hPa附近,高度每上升约10m,气压降1hPa;在500hPa(5500m)附近,高度每上升约20m,气压降1hPa;在200hPa(12000m)附近,高度每上升约30m,气压降1hPa。所述燃油饱和蒸气压与燃油种类有关。
在步骤S4中,根据所述燃油箱的结构形式以及种类,可确定所述燃油箱内外的最大可承受压力差ΔP。
在步骤S5中,为使所述燃油消耗量与所述活塞发动机提供的所述压缩空气量体积相同的同时,所述压缩空气进入所述燃油箱后,所述燃油箱满足自身可承受压力差的要求,则应存在以下公式:
P饱和<P增压<P大气+ΔP
V增压=V
其中;P饱和为所述燃油饱和蒸气压;P大气为不同高度下的所述大气压力;P增压为所述活塞发动机输送压缩空气至所述燃油箱后所述燃油箱内的空气压力;V增压为所述活塞发动机提供的压缩空气量;V为通气量。
其中,P增压一般为设定值,一般根据所述最大可承受压力差、所述大气压力和所述燃油饱和蒸气压进行对应设定;所述活塞发动机提供的压缩空气量V增压和所述通气量V为同一压强(一般为P增压)下的气体体积量。V增压为所述活塞发动机涡轮增压过程中对所述燃油箱内提供的压缩气体体积。
所述步骤S5中,通过所述活塞发动机涡轮增压的压缩空气作为所述燃油箱的增压气源;所述燃油消耗体积与所述活塞发动机涡轮增压提供的压缩空气通气量相同;由于在所述活塞发动机内经涡轮增压后的压缩空气一般处于较大压力下,在进入所述燃油箱内过程中体积会发生变化,通过所述活塞发动机在涡轮增压中提供的额定压强和所述燃油箱内的标准压强可获得压缩空气在所述活塞发动机和所述燃油箱内体积变化关系,从而获得所述活塞发动机提供的压缩空气量V增压
本发明活塞动力无人机动力系统的控制方法通过采用设置节流阀控制所述活塞发动机提供的所述压缩空气量,采用设置压力控制阀控制所述活塞发动机输送压缩空气至所述燃油箱后所述燃油箱内的所述空气压力。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,对本发明而言仅仅是说明性的,而非限制性的。本专业技术人员理解,在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变,修改,甚至等效,但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种活塞动力无人机动力系统的控制方法,其特征在于,包括步骤;
S1:确定活塞动力无人机在不同飞行工况下的燃油消耗量;
S2:根据所述燃油消耗量确定不同飞行工况下所述活塞动力无人机上燃油箱所需的通气量;
S3:确定不同飞行高度下的大气压力和燃油饱和蒸气压;
S4:确定所述燃油箱内外的最大可承受压力差;
S5:控制所述活塞动力无人机上活塞发动机输送至所述燃油箱内的压缩空气量,调节所述燃油箱内的空气压力;
所述步骤S5中将所述活塞动力无人机上活塞发动机涡轮增压出的压缩空气作为所述燃油箱的增压气源,根据所述燃油箱不同飞行工况下的所述通气量需求,从而控制所述活塞发动机输送至所述燃油箱内的所述压缩空气量;同时根据所述最大可承受压力差、所述大气压力和所述燃油饱和蒸气压,从而控制所述活塞发动机输送至所述燃油箱后所述燃油箱内的所述空气压力,最终保证所述压缩空气量和所述空气压力满足所述燃油箱的通气需求和压力需求。
2.如权利要求1所述的活塞动力无人机动力系统的控制方法,其特征在于,在所述步骤S1中,根据所述活塞动力无人机的飞行剖面、需用功率、发动机外特性曲线、螺旋桨性能参数,计算所述活塞动力无人机在不同飞行工况下所述发动机所需的所述燃油消耗量。
3.如权利要求1所述的活塞动力无人机动力系统的控制方法,其特征在于,在所述步骤S2中,所述燃油箱所需的所述通气量与所述燃油消耗量体积相同。
4.如权利要求3所述的活塞动力无人机动力系统的控制方法,其特征在于,所述通气量V的体积公式为:
其中:ρfuel为所述燃油箱内的燃油密度;Q为所述燃油消耗量。
5.如权利要求1所述的活塞动力无人机动力系统的控制方法,其特征在于,在所述步骤S4中,根据所述燃油箱的结构形式以及种类,确定所述燃油箱内外的最大可承受压力差。
6.如权利要求1所述的活塞动力无人机动力系统的控制方法,其特征在于,在所述步骤S5中,满足公式;
P饱和<P增压<P大气+ΔP
V增压=V
其中;P饱和为所述燃油饱和蒸气压;P大气为不同高度下的所述大气压力;P增压为所述活塞发动机输送至所述燃油箱后所述燃油箱内的所述空气压力;V增压为所述活塞发动机提供的所述压缩空气量;V为所述通气量。
7.如权利要求1所述的活塞动力无人机动力系统的控制方法,其特征在于,在所述步骤S5中,通过采用设置节流阀控制所述活塞发动机提供的所述压缩空气量。
8.如权利要求1所述的活塞动力无人机动力系统的控制方法,其特征在于,在所述步骤S5中,通过采用设置压力控制阀控制所述活塞发动机输送压缩空气至所述燃油箱后所述燃油箱内的所述空气压力。
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