CN111661342A - 一种节能型混合动力无人机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节能型混合动力无人机，包括复合翼无人机，所述复合翼无人机内设有气瓶固定机构，所述气瓶固定机构一侧设有摆动除霜机构，所述摆动除霜机构一侧设有排气转换机构。本发明的有益效果是，可以有效防止液态氢瓶外表面结霜的现象，间接达到减重的效果，通过利用氢动能发动机的热量可以提高清除结霜的效果，同时可以间接提高液态氢瓶的温度，从而适当增加瓶内的压力，增大排出量。

Description

一种节能型混合动力无人机

技术领域

本发明涉及氢动能无人机技术领域，更具体的说，涉及一种节能型混合动力无人机。

背景技术

氢动力无人机，是采用液态氢动力的无人驾驶飞机，氢动力无人机具有开创性的无人机，将开启一个全新的数据收集和通讯市场。“幻影眼”是将想法变成现实的一个典范，它是快速原型设计项目的结晶，采用了一系列先进技术，可用于执行情报收集、侦察和勘测任务；复合翼无人机是固定翼和旋翼的结合体，复合翼无人机更能适应复杂的工况，在高速飞行和悬停时具有不同的工作状态，一般情况下需要多个旋翼才能够使无人机保持稳定、灵活的工况，但是由于设有多个旋翼，不便于用传统的机械连杆进行传动，一般采用电力对旋翼供能，而固定翼无人机后方的动力旋浆只设有一个，可以采用单一动力源进行驱动，故该装置设有两个动力源；

氢动力无人机需要液态氢提供持续的能源，在无人机工作时，液态氢瓶输出端的气化速度加大，液体气化需要吸热，使得液态氢瓶输出端附近会产生结霜的现象，如果不及时清理结霜现象，会造成无人机本身重量加大，增加能耗；不管是液态氢瓶还是天然气瓶在压力较低时是不能够保证稳定的气力输出，但是此时瓶内还具有较多的能源，如果能够最大化的将瓶内的气体充分的释放出来，可以有效提高氢动力无人机的续航。

发明内容

针对以上缺陷，本发明提供一种节能型混合动力无人机，以解决的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种节能型混合动力无人机，包括复合翼无人机，所述复合翼无人机内设有气瓶固定机构，所述气瓶固定机构一侧设有摆动除霜机构，所述摆动除霜机构一侧设有排气转换机构；

所述气瓶固定机构包括复合翼无人机下端的气瓶储存箱，气瓶储存箱两侧安装有矩形管，矩形管内圈安装有滑动块，滑动块与矩形管滑动连接，滑动块一侧安装有匚形卡槽，气瓶储存箱两侧安装有滑轨，滑轨与复合翼无人机固定连接，滑轨上端安装有匚形连杆，匚形连杆一端安装有三角块，三角块一侧安装有固定条，固定条与匚形卡槽的位置相对应，匚形连杆一端安装有连接杆，连接杆侧表面中心处安装有往复丝杠，气瓶储存箱侧表面上端开有圆形通孔一，往复丝杠穿过圆形通孔一，气瓶储存箱一侧安装有立式轴承一，立式轴承一与复合翼无人机固定连接，立式轴承一内圈安装有转动块，转动块侧表面开有与往复丝杠互相啮合的螺纹孔一，转动块一端安装有传动齿一；所述匚形连杆一侧开有通孔一，通孔一内安装有滑动杆，滑动杆一端安装有圆形挡板，滑动杆另一端安装有矩形挡板，矩形挡板与匚形连杆之间安装有拉伸弹簧，气瓶储存箱侧表面开有螺纹孔二，螺纹孔二内圈安装有紧固螺栓；所述气瓶储存箱一侧安装有步进电机，步进电机与复合翼无人机固定连接，步进电机一端安装有输出轴一，步进电机二另一端安装有输出轴二，输出轴一一端安装有与传动齿一互相啮合的单向齿轮一；

所述摆动除霜机构包括气瓶储存箱侧表面下端的圆形通孔二，圆形通孔二一侧安装有滚子轴承一，滚子轴承一内圈安装有限位块，滚子轴承一内圈安装有空心管，空心管侧表面开有限位槽，限位槽与限位块的位置相对应，空心管一端安装有电磁铁圈一，电磁铁圈一外圈安装有伞齿轮一，气瓶储存箱一侧安装有电磁铁圈二，电磁铁圈二与复合翼无人机固定连接，电磁铁圈二与电磁铁圈一的位置相对应，空心管与气瓶储存箱侧表面之间安装有扭力弹簧，空心管另一端安装有弧形空心条，弧形空心条一端与空心管处于互通的状态，弧形空心条侧表面开有出气孔，出气孔一侧安装有清理毛刷，气瓶储存箱侧表面安装有固定轴，固定轴一端安装有滚子轴承二，滚子轴承二外表面安装有伞齿轮二，伞齿轮二一侧安装有皮带轮一；所述单向齿轮一一侧安装有单向齿轮二，单向齿轮二侧表面安装有皮带轮二，皮带轮二与皮带轮一之前安装有传动带；

所述排气转换机构包括复合翼无人机一端的氢燃料发动机，氢燃料发动机一端安装有排气管，排气管一端安装有矩形盒，排气管与矩形盒处于互通的状态，矩形盒下端与复合翼无人机固定连接，矩形盒侧表面安装有分管一，矩形盒侧表面安装有分管二，矩形盒内表面安装有矩形条，矩形盒内安装有梯形块，梯形块侧表面开有条形凹槽，条形凹槽与矩形条的位置相对应，矩形盒侧表面开有通孔三，通孔三内圈安装有滑动密封圈，滑动密封圈内安装有圆形条，圆形条一端与梯形块固定连接，圆形条下端安装有匚形槽，匚形槽下端与复合翼无人机固定连接，圆形条上端开有齿条槽，齿条槽内安装有滑动齿条，滑动齿条两端安装有压缩弹簧；所述输出轴二一端安装有与滑动齿条互相啮合的普通齿轮。

进一步的，滑动块一侧安装有橡胶垫。

进一步的，复合翼无人机下表面开有矩形口。

进一步的，分管一一端安装有橡胶管一，橡胶管一一端与空心管固定连接且处于互通的状态。

进一步的，复合翼无人机内安装有圆形隔板，圆形隔板设有两个，圆形隔板一侧安装有氢燃料电池，圆形隔板另一侧安装有气体分配阀，气体分配阀一端安装有固定管，固定管一端安装有密封阀一。

进一步的，气体分配阀与氢燃料电池之间安装有输气管一，气体分配阀与氢燃料发动机之间安装有输气管二。

进一步的，气瓶储存箱内设有氢燃料瓶，氢燃料瓶输出端安装有密封阀二。

本发明的有益效果是：可以有效防止液态氢瓶外表面结霜的现象，间接达到减重的效果，通过利用氢动能发动机的热量可以提高清除结霜的效果，同时可以间接提高液态氢瓶的温度，从而适当增加瓶内的压力，增大排出量。

附图说明

图1是本发明所述一种节能型混合动力无人机的结构示意图；

图2是通孔三的放大示意图；

图3是气瓶固定机构的示意图；

图4是气瓶固定机构的横截面示意图；

图5是圆形条的横截面示意图；

图6是矩形盒的放大示意图；

图7是梯形块的侧视示意图；

图8是空心管的局部示意图；

图9是摆动除霜机构的示意图；

图10是弧形空心条的侧视示意图；

图11是滚子轴承一的放大示意图；

图12是伞齿轮二的示意图；

图中，1、复合翼无人机；2、气瓶储存箱；3、矩形管；4、滑动块；5、匚形卡槽；6、滑轨；7、匚形连杆；8、三角块；9、固定条；10、连接杆；11、往复丝杠；12、圆形通孔一；13、立式轴承一；14、转动块；15、螺纹孔一；16、传动齿一；17、通孔一；18、滑动杆；19、圆形挡板；20、矩形挡板；21、拉伸弹簧；22、螺纹孔二；23、紧固螺栓；24、步进电机；25、输出轴一；26、输出轴二；27、单向齿轮一；28、圆形通孔二；29、滚子轴承一；30、限位块；31、空心管；32、限位槽；33、电磁铁圈一；34、伞齿轮一；35、电磁铁圈二；36、扭力弹簧；37、弧形空心条；38、出气孔；39、清理毛刷；40、固定轴；41、滚子轴承二；42、伞齿轮二；43、皮带轮一；44、单向齿轮二；45、皮带轮二；46、传动带；47、氢燃料发动机；48、排气管；49、矩形盒；50、分管一；51、分管二；52、矩形条；53、梯形块；54、条形凹槽；55、通孔三；56、滑动密封圈；57、圆形条；58、匚形槽；59、滑动齿条；60、压缩弹簧；61、普通齿轮；62、橡胶垫；63、矩形口；64、橡胶管一；65、圆形隔板；66、氢燃料电池；67、气体分配阀；68、固定管；69、密封阀一；70、输气管一；71、输气管二；72、氢燃料瓶；73、密封阀二。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行具体描述，如图1-12所示，一种节能型混合动力无人机，包括复合翼无人机1，复合翼无人机1内设有气瓶固定机构，气瓶固定机构一侧设有摆动除霜机构，摆动除霜机构一侧设有排气转换机构；

气瓶固定机构包括复合翼无人机1下端的气瓶储存箱2，气瓶储存箱2两侧安装有矩形管3，矩形管3内圈安装有滑动块4，滑动块4与矩形管3滑动连接，滑动块4一侧安装有匚形卡槽5，气瓶储存箱2两侧安装有滑轨6，滑轨6与复合翼无人机1固定连接，滑轨6上端安装有匚形连杆7，匚形连杆7一端安装有三角块8，三角块8一侧安装有固定条9，固定条9与匚形卡槽5的位置相对应，匚形连杆7一端安装有连接杆10，连接杆10侧表面中心处安装有往复丝杠11，气瓶储存箱2侧表面上端开有圆形通孔一12，往复丝杠11穿过圆形通孔一12，气瓶储存箱2一侧安装有立式轴承一13，立式轴承一13与复合翼无人机1固定连接，立式轴承一13内圈安装有转动块14，转动块14侧表面开有与往复丝杠11互相啮合的螺纹孔一15，转动块14一端安装有传动齿一16；匚形连杆7一侧开有通孔一17，通孔一17内安装有滑动杆18，滑动杆18一端安装有圆形挡板19，滑动杆18另一端安装有矩形挡板20，矩形挡板20与匚形连杆7之间安装有拉伸弹簧21，气瓶储存箱2侧表面开有螺纹孔二22，螺纹孔二22内圈安装有紧固螺栓23；气瓶储存箱2一侧安装有步进电机24，步进电机24与复合翼无人机1固定连接，步进电机24一端安装有输出轴一25，步进电机24二另一端安装有输出轴二26，输出轴一25一端安装有与传动齿一16互相啮合的单向齿轮一27；

摆动除霜机构包括气瓶储存箱2侧表面下端的圆形通孔二28，圆形通孔二28一侧安装有滚子轴承一29，滚子轴承一29内圈安装有限位块30，滚子轴承一29内圈安装有空心管31，空心管31侧表面开有限位槽32，限位槽32与限位块30的位置相对应，空心管31一端安装有电磁铁圈一33，电磁铁圈一33外圈安装有伞齿轮一34，气瓶储存箱2一侧安装有电磁铁圈二35，电磁铁圈二35与复合翼无人机1固定连接，电磁铁圈二35与电磁铁圈一33的位置相对应，空心管31与气瓶储存箱2侧表面之间安装有扭力弹簧36，空心管31另一端安装有弧形空心条37，弧形空心条37一端与空心管31处于互通的状态，弧形空心条37侧表面开有出气孔38，出气孔38一侧安装有清理毛刷39，气瓶储存箱2侧表面安装有固定轴40，固定轴40一端安装有滚子轴承二41，滚子轴承二41外表面安装有伞齿轮二42，伞齿轮二42一侧安装有皮带轮一43；单向齿轮一27一侧安装有单向齿轮二44，单向齿轮二44侧表面安装有皮带轮二45，皮带轮二45与皮带轮一43之前安装有传动带46；

排气转换机构包括复合翼无人机1一端的氢燃料发动机47，氢燃料发动机47一端安装有排气管48，排气管48一端安装有矩形盒49，排气管48与矩形盒49处于互通的状态，矩形盒49下端与复合翼无人机1固定连接，矩形盒49侧表面安装有分管一50，矩形盒49侧表面安装有分管二51，矩形盒49内表面安装有矩形条52，矩形盒49内安装有梯形块53，梯形块53侧表面开有条形凹槽54，条形凹槽54与矩形条52的位置相对应，矩形盒49侧表面开有通孔三55，通孔三55内圈安装有滑动密封圈56，滑动密封圈56内安装有圆形条57，圆形条57一端与梯形块53固定连接，圆形条57下端安装有匚形槽58，匚形槽58下端与复合翼无人机1固定连接，圆形条57上端开有齿条槽58，齿条槽58内安装有滑动齿条59，滑动齿条59两端安装有压缩弹簧60；输出轴二26一端安装有与滑动齿条59互相啮合的普通齿轮61。

滑动块4一侧安装有橡胶垫62，通过橡胶垫62的作用可以有效避免滑动块4与氢燃料瓶72发生刚性接触，并且可以增加其之间的摩擦力。

复合翼无人机1下表面开有矩形口63。

分管一50一端安装有橡胶管一64，橡胶管一64一端与空心管31固定连接且处于互通的状态。

复合翼无人机1内安装有圆形隔板65，圆形隔板65设有两个，圆形隔板65一侧安装有氢燃料电池66，圆形隔板65另一侧安装有气体分配阀67，气体分配阀67一端安装有固定管68，固定管68一端安装有密封阀一69。

气体分配阀67与氢燃料电池66之间安装有输气管一70，气体分配阀67与氢燃料发动机47之间安装有输气管二71。

气瓶储存箱2内设有氢燃料瓶72，氢燃料瓶72输出端安装有密封阀二73。

在本实施方案中，该设备的用电器由外接控制器进行控制，空心管31属于双层的封闭结构（如图8所示），伞齿轮二42一半有齿槽，另一一半没有齿槽（如图12所示），该装置设有两套动力系统，氢燃料发动机47直接为固定翼无人机的旋浆提供动力，氢燃料电池66为较小的旋翼提供动能，不管是氢燃料发动机47还是氢燃料电池66都需要氢气作为燃料，通过将氢燃料瓶72一端的密封阀二73与密封阀一69对接，可以将氢燃料瓶72内的氢气通过固定管68传送到气体分配阀67内，通过控制气体分配阀67的工作选择性的将气体通过输气管一70向氢燃料电池6输出，或者通过输气管二71向氢燃料发动机47输出；

当需要安装氢燃料瓶72时，将复合翼无人机1固定好，通过工具或者手动将氢燃料瓶72托举到气瓶储存箱2内，使氢燃料瓶72的上端顶住气瓶储存箱2上端，此时氢燃料瓶72的高低已确定，此时控制器控制步进电机24正转指定圈数，步进电机24的正转带动单向齿轮一27向传动齿一16传动，单向齿轮二44不传动，传动齿一16的转动带动转动块14进行转动，转动块14的转动带动往复丝杠11向左侧移动，往复丝杠11移动的同时带动连接杆10以及匚形连杆7同步移动，匚形连杆7的移动同时带动三角块8和滑动杆18向左滑动；此时拉伸弹簧21处于收缩的状态，使圆形挡板19最先接触到氢燃料瓶72，随着滑动杆18向左滑动拉伸弹簧21逐渐拉长，圆形挡板19对氢燃料瓶72的压力逐渐变大，当压力足够大时，人手可以松开氢燃料瓶72，伸弹簧21逐渐拉长的同时，滑动块4受到固定条9的推力使，滑动块4渐渐将氢燃料瓶72夹紧（如图4所示），固定好之后手动拧动紧固螺栓23，使紧固螺栓23的一端顶紧氢燃料瓶72，间接使密封阀二73、密封阀一69之间的压力更大，此时密封阀二73与密封阀一69联通；将气瓶储存箱固定好之后，手动将挡风板把气瓶储存箱2以及矩形口63封住；当需要释放氢燃料瓶72时，控制器控制步进电机24再次正转指定圈数，利用往复丝杠11的特性可以使匚形连杆7向右移动，从而反向操作，达到释放的目的；

在步进电机24正转的同时，步进电机24驱动普通齿轮61持续转动，利用滑动齿条59的特性，当滑动齿条59滑动到顶头时，可以使滑动齿条59压缩压缩弹簧60，从而使滑动齿条59与普通齿轮61间歇性分离，使普通齿轮61空转，当步进电机24正转时不影响梯形块53的位置，起飞一定时间之后，氢燃料瓶72输出端会产生结霜的现象，之后控制器控制步进电机24反转，步进电机24反转单向齿轮一27不传动，带动单向齿轮二44和普通齿轮61传动；步进电机24反转的同时控制器控制电磁铁圈二35和电磁铁圈一33通电，（电磁铁圈二35和电磁铁圈一33的极性相对），电磁铁圈二35推动电磁铁圈一33向右移动，带动伞齿轮一34与伞齿轮二42贴合，同时带动清理毛刷39与氢燃料瓶72一端贴合，单向齿轮二44的转动带动单向齿轮二44转动，单向齿轮二44的转动带动皮带轮二45进行转动，皮带轮二45通过传动带46带动下方的皮带轮一43旋转，皮带轮一43驱动伞齿轮二42以及伞齿轮一34转动，利用伞齿轮二42半齿的特性，当伞齿轮二42与伞齿轮一34啮合时，弧形空心条37正向转动一定角度，当伞齿轮二42与伞齿轮一34分开时，利用扭力弹簧36的弹性将弧形空心条37复位；

普通齿轮61的反转，使普通齿轮61与滑动齿条59持续啮合，普通齿轮61的转动带动滑动齿条59向一侧滑动，滑动齿条59的滑动带动圆形条57滑动，间接的带动梯形块53滑动，使本来通过分管二51直接排入大气的热量，通过分管一50、橡胶管一64以及弧形空心条37内，最后通过出气孔38排出，达到加热的目的，从而使除霜效果更佳明显；当滑动齿条59再次滑动顶时，普通齿轮61与滑动齿条59再次分离，普通齿轮61的持续反转将不驱动滑动齿条59移动，当步进电机24正转时，也就是释放氢燃料瓶72时，梯形块53再进行复位。

上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种节能型混合动力无人机，包括复合翼无人机（1），其特征在于，所述复合翼无人机（1）内设有气瓶固定机构，所述气瓶固定机构一侧设有摆动除霜机构，所述摆动除霜机构一侧设有排气转换机构；

所述气瓶固定机构包括复合翼无人机（1）下端的气瓶储存箱（2），气瓶储存箱（2）两侧安装有矩形管（3），矩形管（3）内圈安装有滑动块（4），滑动块（4）与矩形管（3）滑动连接，滑动块（4）一侧安装有匚形卡槽（5），气瓶储存箱（2）两侧安装有滑轨（6），滑轨（6）与复合翼无人机（1）固定连接，滑轨（6）上端安装有匚形连杆（7），匚形连杆（7）一端安装有三角块（8），三角块（8）一侧安装有固定条（9），固定条（9）与匚形卡槽（5）的位置相对应，匚形连杆（7）一端安装有连接杆（10），连接杆（10）侧表面中心处安装有往复丝杠（11），气瓶储存箱（2）侧表面上端开有圆形通孔一（12），往复丝杠（11）穿过圆形通孔一（12），气瓶储存箱（2）一侧安装有立式轴承一（13），立式轴承一（13）与复合翼无人机（1）固定连接，立式轴承一（13）内圈安装有转动块（14），转动块（14）侧表面开有与往复丝杠（11）互相啮合的螺纹孔一（15），转动块（14）一端安装有传动齿一（16）；所述匚形连杆（7）一侧开有通孔一（17），通孔一（17）内安装有滑动杆（18），滑动杆（18）一端安装有圆形挡板（19），滑动杆（18）另一端安装有矩形挡板（20），矩形挡板（20）与匚形连杆（7）之间安装有拉伸弹簧（21），气瓶储存箱（2）侧表面开有螺纹孔二（22），螺纹孔二（22）内圈安装有紧固螺栓（23）；所述气瓶储存箱（2）一侧安装有步进电机（24），步进电机（24）与复合翼无人机（1）固定连接，步进电机（24）一端安装有输出轴一（25），步进电机（24）二另一端安装有输出轴二（26），输出轴一（25）一端安装有与传动齿一（16）互相啮合的单向齿轮一（27）；

所述摆动除霜机构包括气瓶储存箱（2）侧表面下端的圆形通孔二（28），圆形通孔二（28）一侧安装有滚子轴承一（29），滚子轴承一（29）内圈安装有限位块（30），滚子轴承一（29）内圈安装有空心管（31），空心管（31）侧表面开有限位槽（32），限位槽（32）与限位块（30）的位置相对应，空心管（31）一端安装有电磁铁圈一（33），电磁铁圈一（33）外圈安装有伞齿轮一（34），气瓶储存箱（2）一侧安装有电磁铁圈二（35），电磁铁圈二（35）与复合翼无人机（1）固定连接，电磁铁圈二（35）与电磁铁圈一（33）的位置相对应，空心管（31）与气瓶储存箱（2）侧表面之间安装有扭力弹簧（36），空心管（31）另一端安装有弧形空心条（37），弧形空心条（37）一端与空心管（31）处于互通的状态，弧形空心条（37）侧表面开有出气孔（38），出气孔（38）一侧安装有清理毛刷（39），气瓶储存箱（2）侧表面安装有固定轴（40），固定轴（40）一端安装有滚子轴承二（41），滚子轴承二（41）外表面安装有伞齿轮二（42），伞齿轮二（42）一侧安装有皮带轮一（43）；所述单向齿轮一（27）一侧安装有单向齿轮二（44），单向齿轮二（44）侧表面安装有皮带轮二（45），皮带轮二（45）与皮带轮一（43）之前安装有传动带（46）；

所述排气转换机构包括复合翼无人机（1）一端的氢燃料发动机（47），氢燃料发动机（47）一端安装有排气管（48），排气管（48）一端安装有矩形盒（49），排气管（48）与矩形盒（49）处于互通的状态，矩形盒（49）下端与复合翼无人机（1）固定连接，矩形盒（49）侧表面安装有分管一（50），矩形盒（49）侧表面安装有分管二（51），矩形盒（49）内表面安装有矩形条（52），矩形盒（49）内安装有梯形块（53），梯形块（53）侧表面开有条形凹槽（54），条形凹槽（54）与矩形条（52）的位置相对应，矩形盒（49）侧表面开有通孔三（55），通孔三（55）内圈安装有滑动密封圈（56），滑动密封圈（56）内安装有圆形条（57），圆形条（57）一端与梯形块（53）固定连接，圆形条（57）下端安装有匚形槽（58），匚形槽（58）下端与复合翼无人机（1）固定连接，圆形条（57）上端开有齿条槽（58），齿条槽（58）内安装有滑动齿条（59），滑动齿条（59）两端安装有压缩弹簧（60）；所述输出轴二（26）一端安装有与滑动齿条（59）互相啮合的普通齿轮（61）。

2.根据权利要求1所述一种节能型混合动力无人机，其特征在于，滑动块（4）一侧安装有橡胶垫（62）。

3.根据权利要求1所述一种节能型混合动力无人机，其特征在于，复合翼无人机（1）下表面开有矩形口（63）。

4.根据权利要求1所述一种节能型混合动力无人机，其特征在于，分管一（50）一端安装有橡胶管一（64），橡胶管一（64）一端与空心管（31）固定连接且处于互通的状态。

5.根据权利要求1所述一种节能型混合动力无人机，其特征在于，复合翼无人机（1）内安装有圆形隔板（65），圆形隔板（65）设有两个，圆形隔板（65）一侧安装有氢燃料电池（66），圆形隔板（65）另一侧安装有气体分配阀（67），气体分配阀（67）一端安装有固定管（68），固定管（68）一端安装有密封阀一（69）。

6.根据权利要求5所述一种节能型混合动力无人机，其特征在于，气体分配阀（67）与氢燃料电池（66）之间安装有输气管一（70），气体分配阀（67）与氢燃料发动机（47）之间安装有输气管二（71）。

7.根据权利要求1所述一种节能型混合动力无人机，其特征在于，气瓶储存箱（2）内设有氢燃料瓶（72），氢燃料瓶（72）输出端安装有密封阀二（73）。

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