CN112319805B - 一种新能源无人机热控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明一种新能源无人机热控系统，属无人机环境控制系统技术领域。系统由三个回路构成，分别是载冷剂回路、制冷剂回路和空气支路。载冷剂回路将无人机系统热负荷传递给制冷剂回路，然后由空气支路带走制冷剂回路的热量。系统采用压气机提高了冷凝器空气侧的入口压力，从而提高了高空中冷凝器的换热系数。系统中压气机和涡轮同轴，涡轮输出功可为压气机提供动力，减少了系统输入功。并且通过系统热力计算，进一步说明了该一种新能源无人机热控系统的可行性。

Description

一种新能源无人机热控系统
技术领域
本发明涉及一种新能源无人机热控系统，属无人机环境控制系统技术领域。
背景技术
太阳能、氢能等新能源无人机飞行高度高，飞行速度慢，在其主要的飞行时间内，飞行高度在20km左右，飞行速度为20～30m/s。由于其飞行高度处于平流层，大气稀薄、密度小(约为地面空气密度的1/18)，此时的对流换热系数约为地面的1/10，依靠空气对流和辐射换热的冷凝器的换热能力相对于地面来说受到了很大限制。
增大冷凝器空气侧的流量和进气压力，则可以提高空气侧的换热系数。基于此，本发明提出一种新能源无人机热控系统。
发明内容
本发明提供一种新能源无人机热控系统。
本发明所采用的技术方案有：一种新能源无人机热控系统，由三个回路构成，分别是载冷剂回路、制冷剂回路和空气支路。载冷剂回路由冷板、蒸发器和泵组成，制冷剂回路由蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀组成，空气支路由进气道、压气机、冷凝器和涡轮组成。载冷剂在冷板吸收无人机热负荷，流动到蒸发器中与制冷剂进行换热；制冷剂在蒸发器内吸收载冷剂携带的热量，经压缩机压缩后流动到冷凝器与空气进行换热；空气在冷凝器内吸收制冷剂携带的热量，经涡轮膨胀后流出到外界环境，涡轮输出功联合电机输出功共同驱动同轴的压气机转动，为冷凝器中空气流动提供动力。
一种新能源无人机热控系统的优点在于：
(1)系统采用压气机提高了冷凝器空气侧的入口压力，从而提高了高空中冷凝器的换热系数；
(2)系统采用压气机提高了空气支路中的气流速度，从而增加了冷凝器中空气的质量流量；
(3)系统中压气机和涡轮同轴，涡轮输出功可为压气机提供动力，减少了系统输入功。
附图说明
图1为本发明一种新能源无人机热控系统的结构示意图，图中编号与器件的对应关系如表1所示。
表1一种新能源无人机热控系统编号与器件对应关系
Figure BDA0002768752210000021
具体实施方式
结合图1说明系统的工作过程：
载冷剂在冷板1处吸收无人机的热负荷，温度升高后经过蒸发器2热边与冷边的制冷剂换热，温度降低后通过泵3循环到冷板1完成循环。制冷剂经过蒸发器2冷边，吸收载冷剂携带的热量，经过压缩机4增压，压力温度升高后经过冷凝器5热边与冷边的空气换热，放热后经过膨胀阀6，压力降低后流回蒸发器2完成循环。环境空气经进气道7进入压气机8增压，压力温度升高后通过冷凝器5冷边，吸收制冷剂携带的热量，温度进一步升高后进入涡轮9膨胀做功，温度压力降低后排到外界环境。压气机8、涡轮9和电机10同轴，涡轮9输出功联合电机10输出功共同为压气机8提供动力。
为了说明该一种新能源无人机热控系统的可行性，下面通过具体热力计算对本发明作进一步的说明。制冷剂工质采用R134a，表2为计算工况的相关参数。
表2一种新能源无人机热控系统计算工况设置
Figure BDA0002768752210000022
系统热力计算结果如表3和表4所示：
表3一种新能源无人机热控系统各工况点热力计算结果
Figure BDA0002768752210000023
Figure BDA0002768752210000031
表4一种新能源无人机热控系统热力计算结果
Figure BDA0002768752210000032
由上述可知，采用本专利所提出的一种新能源无人机热控系统，可以对新能源无人机进行热控。

Claims (1)

1.一种新能源无人机热控系统，由三个回路构成，分别是载冷剂回路、制冷剂回路和空气支路；载冷剂回路由冷板、蒸发器和泵组成，制冷剂回路由蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀组成，空气支路由进气道、压气机、冷凝器和涡轮组成；载冷剂在冷板吸收无人机热负荷，流动到蒸发器中与制冷剂进行换热；制冷剂在蒸发器内吸收载冷剂携带的热量，经压缩机压缩后流动到冷凝器与空气进行换热；空气在冷凝器内吸收制冷剂携带的热量，经涡轮膨胀后流出到外界环境，涡轮输出功联合电机输出功共同驱动同轴的压气机转动，为冷凝器中空气流动提供动力；
采用压气机提高了冷凝器空气侧的入口压力，从而提高了高空中冷凝器的换热系数；提高了空气支路中的气流速度，从而增加了冷凝器中空气的质量流量；压气机和涡轮同轴，涡轮输出功可为压气机提供动力，减少了系统输入功；
载冷剂在冷板处吸收无人机的热负荷，温度升高后经过蒸发器热边与冷边的制冷剂换热，温度降低后通过泵循环到冷板完成循环；制冷剂经过蒸发器冷边，吸收载冷剂携带的热量，经过压缩机增压，压力温度升高后经过冷凝器热边与冷边的空气换热，放热后经过膨胀阀，压力降低后流回蒸发器完成循环；环境空气经进气道进入压气机增压，压力温度升高后通过冷凝器冷边，吸收制冷剂携带的热量，温度进一步升高后进入涡轮膨胀做功，温度压力降低后排到外界环境；压气机、涡轮和电机同轴，涡轮输出功联合电机输出功共同为压气机提供动力。
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