CN109850159A

CN109850159A - 一种基于热能回收的无人机飞行防冻系统

Info

Publication number: CN109850159A
Application number: CN201910122577.2A
Authority: CN
Inventors: 欧阳天成; 周峰; 高彬栩
Original assignee: Guangxi University
Current assignee: Guangxi University
Priority date: 2019-02-18
Filing date: 2019-02-18
Publication date: 2019-06-07

Abstract

本发明公开了一种基于热能回收的无人机飞行防冻系统，属于无人机技术领域。所述无人机飞行防冻系统包括热能回收装置、散热防冻装置、工质循环管路；所述热能回收装置设于无人机前端的航空发动机散热部分，所述散热防冻装置包括第一散热防冻装置、第二散热防冻装置，所述第一散热防冻装置分别设于所述无人机两侧的机翼上，所述第二散热防冻装置设于所述无人机后端的尾翼上，所述热能回收装置、第一散热防冻装置、第二散热防冻装置通过所述工质循环管路连接并形成回路。本发明解决了现有热气除冰系统和电热除冰系统加重无人机发动机负荷的技术问题。

Description

一种基于热能回收的无人机飞行防冻系统

技术领域

本发明属于无人机技术领域，尤其是一种基于热能回收的无人机飞行防冻系统。

背景技术

无人机的应用环境复杂多样，各种因素影响无人机的飞行性能和状态。无人机在高空飞行时，容易因低温和遇到水汽而结冰，尤其是机翼前缘、尾翼前缘、机头等迎风面。无人机结冰后，增加机体重量，从而导致机身的重心不稳，对于无人的飞行和动作产生不可预见的影响，甚至导致飞行事故；同时破坏飞机的气动外形，增加阻力，减小升力，还可能会导致信号失真或阻滞，因此需要一种防冻除冰装置来保障飞行的安全。目前常采用的热气除冰系统和电热除冰系统需要发动机或电源直接提供能量，这会增加发动机的负荷、减少无人机载重能力和影响机身结构。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种基于热能回收的无人机飞行防冻系统，该系统用于解决现有热气除冰系统和电热除冰系统加重无人机发动机负荷的技术问题。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于热能回收的无人机飞行防冻系统，包括热能回收装置、散热防冻装置、工质循环管路；

所述热能回收装置设于无人机的航空发动机散热部分处，所述散热防冻装置包括第一散热防冻装置、第二散热防冻装置，所述第一散热防冻装置设于所述无人机左右两侧机翼的迎风面内侧，所述第二散热防冻装置设于所述无人机后端尾翼的迎风面内侧；

所述热能回收装置包括散热回收装置和废气回收装置，所述散热回收装置包裹在航空发动机上部的风冷散热片位置，用于回收风冷散热片散发的热量，所述废气回收装置设于航空发动机的排气位置，用于回收无人机发动机产生的废气，所述热能回收装置分别通过工质循环管路与第一散热防冻装置和第二散热防冻装置连通，所述废气回收装置的工质入口分别通过工质循环管路与第一散热防冻装置和第二散热防冻装置连通，所述废气回收装置的工质出口与所述散热回收装置连通；

当无人机启动时，所述散热回收装置对风冷散热片散发的热量进行回收，所述废气回收装置对无人机发动机产生的废气进行回收，并驱动热量由散热回收装置依次传递第一散热防冻装置和第二散热防冻装置，之后再回到废气回收装置的工质入口，最后由废气回收装置的工质出口再传递回散热回收装置完成一个周期。

进一步的，所述散热回收装置包括绝热保护套、耐热导热硅胶、导热管、收紧套和拉链；

所述绝热保护套包裹在航空发动机上部的风冷散热片位置，所述绝热保护套为两层牛津布夹毛毡，所述耐热导热硅胶设于所述绝热保护套内，所述耐热导热硅胶与风冷散热片外表面共形，所述耐热导热硅胶与绝热保护套之间填充有酚醛泡沫；所述导热管设于所述绝热保护套与耐热导热硅胶之间，所述导热管为环绕于风冷散热片外围的多重环型管路，所述导热管外侧分别与绝热保护套内侧和耐热导热硅胶粘连，所述拉链和收紧套设于绝热保护套上。

进一步的，所述废气回收装置包括废气处理室和工质处理室，所述废气处理室设于工质处理室的后方；

所述废气处理室的左侧连通有废气收集管，用于收集无人机发动机产生的废气，所述废气处理室后侧连通有排气管，用于排出废气，所述废气收集管和排气管通过连接管连通，所述连接管上设有旁通阀；

所述工质处理室的前侧设有工质入口，所述工质处理室的右侧设有工质出口；

所述废气处理室和工质处理室内分别竖直设置有位置相对的第一叶轮和第二叶轮，所述第一叶轮和第二叶轮之间设有转轴，所述第一叶轮和第二叶轮分别安装于所述转轴的两端；

当无人机启动时，所述工质入口收集所述散热回收装置回收的热量，所述废气收集管对无人机发动机产生的废气进行回收，废气进入废气处理室并驱动第一叶轮转动，之后废气再经排气管排出，所述第一叶轮带动第二叶轮转动，第二叶轮产生的动力将热量由散热回收装置传递至第一散热防冻装置和第二散热防冻装置，最后再传递回散热回收装置；通过调节所述旁通阀，能够控制废气的流量，调节第一叶轮的转速。

进一步的，所述第一散热防冻装置包括散热管、散热片和支架，所述散热片和散热管通过支架安装于机翼内腔，所述散热片的上部呈弧形状，下部为斜平面，所述散热片的上部与机翼内表面紧密贴合，下部通过支架固定，所述支架由硬质聚氨酯泡沫材料制作；所述第二散热防冻装置的结构与所述第一散热防冻装置的结构相同。

进一步的，所述散热管的前端与机翼的前驻点正对，所述散热管的后端通过支架固定于所述机翼内腔。

进一步的，所述工质循环管路为酚醛保温管。

由于采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

1.本发明中的散热回收装置能够回收无人机发动机风冷散热片散发的热量，废气回收装置能够回收废气，并将其热能和动能作为工质循环管路的动力源，使散热回收装置回收的热量传导至第一散热防冻装置和第二散热防冻装置，再传回散热回收装置，从而能够起到对无人机的机翼和尾翼进行防冻除冰的作用；本发明通过回收无人机发动机本身的热能，达到与电热除冰相同的效果，节能环保并且比同类产品的重量更轻，提升了无人机整体的性能，增加了无人机载重能力。

2.本发明的废气回收装置能够利用废气驱动第一叶轮转动，并带动第二叶轮旋转作为工质循环管路的动力源，有利于对废气的热能和动能进行充分的利用。

3.本发明中的工质循环管路采用酚醛泡沫填充，有利于在热传递的过程中减少热量的损失。

附图说明

图1是本发明的原理图；

图2是本发明散热回收装置的结构示意图；

图3是本发明中的废气回收装置的结构示意图；

图4是本发明中的第一散热防冻装置的结构示意图。

图中主要元件符号说明如下：

附图中，1-废气回收装置、2-散热回收装置、3-第一散热防冻装置、4-第二散热防冻装置、5-工质循环管路、7-绝热保护套、8-导热管、9-耐热导热硅胶、10-收紧套、11-拉链、12-废气收集管、13-排气管、14-工质入口、15-工质出口、16-旁通阀、17-机翼、18-散热片、19-散热管、20-支架、21-结冰极限处、22-风冷散热片。

具体实施方式

以下结合附图对发明的具体实施进一步说明。

如图1所示，一种基于热能回收的无人机飞行防冻系统，包括热能回收装置、散热防冻装置、工质循环管路5；热能回收装置设于无人机的航空发动机散热部分处，散热防冻装置包括第一散热防冻装置3、第二散热防冻装置4，第一散热防冻装置3设于无人机左右两侧机翼17的迎风面内侧，第二散热防冻装置4设于无人机后端尾翼上的迎风面内侧；热能回收装置包括散热回收装置2和废气回收装置1，散热回收装置2包裹在航空发动机上部的风冷散热片22位置，用于回收无人机发动机的风冷散热片22散发的热量，废气回收装置1设于航空发动机的排气位置，用于回收无人机发动机产生的废气。热能回收装置分别通过工质循环管路5与第一散热防冻装置3和第二散热防冻装置4连通，废气回收装置1的工质入口14分别通过工质循环管路5与第一散热防冻装置3和第二散热防冻装置4连通，废气回收装置1的工质出口15与散热回收装置2连通；当无人机启动时，散热回收装置2对风冷散热片22散发的热量进行回收，废气回收装置1对无人机发动机产生的废气进行回收，通过将废气的动能和热能作为动力源，驱动热量由散热回收装置2依次传递第一散热防冻装置3和第二散热防冻装置4，之后再回到废气回收装置1的工质入口14，最后由废气回收装置1的工质出口15再传递回散热回收装置2完成一个周期。

如图2所示，散热回收装置2包括绝热保护套7、耐热导热硅胶9、导热管8、收紧套10和拉链11；绝热保护套7包裹在航空发动机上部的风冷散热片22位置，绝热保护套7为两层牛津布夹毛毡。耐热导热硅胶9和导热管8设于绝热保护套7内，导热管8位于耐热硅胶9和绝热保护套7之间，导热管8为环绕于风冷散热片22外围的多重环型管路，导热管8外侧与耐热导热硅胶9紧密粘合且耐热导热硅胶9与风冷散热片22外表面共形，便于耐热导热硅胶9通过固体与固体紧密接触的温差热传导吸收发动机的风冷散热片22散发的热量，再通过固体与液体热对流传给导热管8中的工质；导热管8外侧与绝热保护层粘连，固定了导热管8及其相连的耐热导热硅胶9。耐热导热硅胶9与绝热保护套7之间除了导热管8其余地方用酚醛泡沫填充，减少热量散失。绝热保护套7上的拉链11是为了便于安装和拆卸热能回收装置，收紧套10设于绝热保护套7的两侧，收紧套10用于防松固紧防止脱落。

如图3所示，废气回收装置1包括废气处理室和工质处理室，废气处理室设于工质处理室的后方；废气处理室的左侧连通有废气收集管12，用于收集无人机发动机产生的废气，废气处理室后侧连通有排气管13，用于排出废气，废气收集管12和排气管13通过连接管连通，连接管上设有旁通阀16；工质处理室的前侧设有工质入口14，工质处理室的右侧设有工质出口15；废气处理室和工质处理室内分别竖直设置有位置相对的第一叶轮和第二叶轮，第一叶轮和第二叶轮之间设有转轴，第一叶轮和第二叶轮分别安装于转轴的两端；当无人机启动时，工质入口收集散热回收装置2回收的热量，废气收集管12对无人机发动机产生的废气进行回收，废气进入废气处理室并驱动第一叶轮转动，之后废气再经排气管13排出，第一叶轮带动第二叶轮转动，第二叶轮产生的动力将热量由散热回收装置2传递至第一散热防冻装置3和第二散热防冻装置4，最后再传递回散热回收装置2；通过调节旁通阀16，能够控制废气的流量，调节第一叶轮的转速。

如图4所示，第一散热防冻装置3分别设于无人机两侧机翼17的迎风面内侧，第二散热防冻装置4设于无人机后端尾翼的迎风面内侧。第一散热防冻装置3与第二散热防冻装置4结构原理相同，只是大小比例不同，都是通过工质循环管路5从热能回收装置的散热回收装置2获取热能和废气回收装置1获取动能，与外界交换热量防冻，后再工质循环管路5回到散热回收装置2重新获取热能和废气回收装置1重新获取动能，以此为一个循环。以第一散热防冻装置3为例，第二散热防冻装置4同理，第一散热防冻装置3包括散热管19、散热片18和支架20，散热片18和散热管19通过支架20安装于机翼17上。机翼17前端在结冰极限处21之前的表面是易结冰区，散热防冻装置主要在这一部分的机翼17内腔。散热管19为从热能回收装置中刚流出的工质温度最高，防冻能力最强，所以散热管19前端正对机翼17前驻点即翼面温度最低处，散热管19后端被支架20前端的弧形表面支撑固定。散热片18为上部弧形与机翼17内表面紧密贴合，下部为斜平面通过支架20支撑。因为散热片18中的工质已经经过散热管19散热所以热量已经损失了一部分，但其剩余热量仍可以充分利用，所以作为散热片18，给易结冰区中温度不那么低的区域提供热量防冻，而且为充分将工质中剩余热量利用，所以其截面扁平。支架20由硬质聚氨酯泡沫材料制作，一方面为散热片18和散热管19提供支持，另一方面，作为绝热材料将热量封锁在机翼17前端内腔，减少热量损失。工质循环管路5为酚醛保温管。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims

1.一种基于热能回收的无人机飞行防冻系统，其特征在于，包括热能回收装置、散热防冻装置、工质循环管路；

2.如权利要求1所述的一种基于热能回收的无人机飞行防冻系统，其特征在于，所述散热回收装置包括绝热保护套、耐热导热硅胶、导热管、收紧套和拉链；

所述绝热保护套包裹在航空发动机上部的风冷散热片位置，所述绝热保护套为两层牛津布夹毛毡；所述耐热导热硅胶设于所述绝热保护套内，所述耐热导热硅胶与风冷散热片外表面共形，所述耐热导热硅胶与绝热保护套之间填充有酚醛泡沫；所述导热管设于所述绝热保护套与耐热导热硅胶之间，所述导热管为环绕于风冷散热片外围的多重环型管路，所述导热管外侧分别与绝热保护套内侧和耐热导热硅胶粘连，所述拉链和收紧套设于绝热保护套上。

3.如权利要求2所述的一种基于热能回收的无人机飞行防冻系统，其特征在于，所述废气回收装置包括废气处理室和工质处理室，所述废气处理室设于工质处理室的后方；

当无人机启动时，所述工质入口收集所述散热回收装置回收的热量，所述废气收集管对无人机发动机产生的废气进行回收，并利用废气的动能和热能作为动力源驱动第一叶轮转动，之后废气再经排气管排出，所述第一叶轮带动第二叶轮转动，第二叶轮产生的动力将热量由散热回收装置传递至第一散热防冻装置和第二散热防冻装置，最后再传递回散热回收装置；通过调节所述旁通阀，能够控制废气的流量，调节第一叶轮的转速。

4.如权利要求1所述的一种基于热能回收的无人机飞行防冻系统，其特征在于，所述第一散热防冻装置包括散热管、散热片和支架，所述散热片和散热管通过支架安装于机翼内腔，所述散热片的上部呈弧形状，下部为斜平面，所述散热片的上部与机翼内表面紧密贴合，下部通过支架固定，所述支架由硬质聚氨酯泡沫材料制作；所述第二散热防冻装置的结构与所述第一散热防冻装置的结构相同。

5.如权利要求4所述的一种基于热能回收的无人机飞行防冻系统，其特征在于，所述散热管的前端与机翼的前驻点正对，所述散热管的后端通过支架固定于所述机翼内腔。

6.如权利要求1所述的一种基于热能回收的无人机飞行防冻系统，其特征在于，所述工质循环管路为酚醛保温管。