CN112977850B - 一种适用于高寒环境的扑翼飞行器热管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种适用于高寒环境的扑翼飞行器热管理系统，包括：传动部热管理组件、风管和电池热管理组件；传动部热管理组件包括：设置在传动部外围的壳体；壳体的内壁涂覆有传动部隔热涂层；壳体与传动部之间设有出风口；电池热管理组件包括：设置在电池外围的电池包外壳；电池包外壳与内部电池之间的空隙形成风道，风道具有进风口；风管两端分别连通出风口和进风口。本适用于高寒环境的扑翼飞行器热管理系统可充分利用飞行过程中传动部产生的热能，提高热量的利用效率，降低电池电能损耗，维持扑翼飞行器的电池处于适宜的温度环境下工作，提高电池的续航能力，使扑翼飞行器具有良好的低温环境适应能力，在高寒环境下具有较长的续航时间。
Description
技术领域
本发明涉及扑翼飞行器技术领域，特别涉及一种适用于高寒环境的扑翼飞行器热管理系统。
背景技术
扑翼飞行器通过扑动的机翼产生升力以及向前的推动力，具有体积小、重量轻、隐蔽性好等特点，由于扑翼飞行器更加接近大自然中的真实鸟类，因此在民用和军用等方面均有极大的应用前景和发展空间。锂电池是扑翼飞行器的重要动力来源，但是在高寒地区等低温环境下，锂电池的续航能力大大降低，导致扑翼飞行器的续航时间也随之大幅降低，降低了扑翼飞行器的任务完成能力，限制了扑翼飞行器的使用范围。
现有的扑翼飞行器，更多的关注如何使其轻量化，关注对机身结构和材料的改进，在保证传动效率的情况下，如何简化传动机构的结构，有助于扑翼飞行器的提升，从而实现更平稳地飞行。而并未公开如何在高寒环境下，设置扑翼飞行器，从而维持其较长的续航时间。因此，在现有的扑翼飞行器的基础上，如何提供一种适用于高寒环境的扑翼飞行器热管理系统，提高扑翼飞行器在低温环境下的动力电池续航时间，从而提高扑翼飞行器在高寒环境下的任务时间，成为本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提出了一种至少解决上述部分技术问题的一种适用于高寒环境的扑翼飞行器热管理系统，该系统可有效解决扑翼飞行器在高寒地区续航时间短的问题。
本发明实施例提供一种适用于高寒环境的扑翼飞行器热管理系统，包括：传动部热管理组件、风管和电池热管理组件；
所述传动部热管理组件包括：设置在传动部外围的壳体；所述壳体的内壁涂覆有传动部隔热涂层；所述壳体与传动部之间设有出风口；
所述电池热管理组件包括：设置在电池外围的电池包外壳；所述电池包外壳与所述电池之间的空隙形成风道，所述风道具有进风口；
所述风管两端分别连通所述出风口和进风口。风管可以将传动部工作中产生的热量导入到风道中，提高热量的利用效率，维持电池的工作温度。传动部隔热涂层可以有效减少传动部工作时产生的热量流失，提高保温性能。
进一步地，所述出风口位于远离所述传动部的驱动轴的另一侧。
进一步地，所述传动部隔热涂层的材质为隔绝传导型隔热涂料或反射型隔热涂料。
进一步地，所述电池包外壳内壁涂覆有电池隔热涂层。
进一步地，所述电池隔热涂层的材质为隔绝传导型隔热涂料或反射型隔热涂料。隔绝传导型隔热涂料具有低导热系数和高热阻，有效隔绝热能传导，成本低。反射型隔热涂料可以保持物体90％的热量不流失，为防水、防火、防腐、绝缘于一体的新型太空节能反射隔热保温涂料。
进一步地，所述电池热管理组件还包括：电池加热板；所述电池加热板包裹在所述电池的外表面，且与所述电池电连接。电池加热板为扑翼飞行器的电池加热，维持其在动力输出效率最高的温度环境下工作。
进一步地，所述电池热管理组件还包括控制器和与所述控制器连接的温度传感器；所述温度传感器安装在所述电池的外表面；所述控制器与所述电池加热板控制连接。控制器采集温度传感器的温度，将其与设定阈值相比较，控制电池加热板是否为电池加热。实时监控温度变化，合理利用电能。
进一步地，还包括：安装在扑翼骨架表面的柔性太阳能板；所述柔性太阳能板与所述电池连接；所述控制器分别与所述电池和所述柔性太阳能板控制连接。控制器可控制柔性太阳能板为扑翼飞行器的电池充电，将太阳能转换为电能，提高电池的续航能力。通过实时判断电池电量是否低于预设阈值，控制柔性太阳能板是否开启充电模型，提高电池的性能和使用寿命。
进一步地，所述柔性太阳能板的厚度小于0.5mm，太阳能转换率大于10％。
本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：
本发明实施例提供的一种适用于高寒环境的扑翼飞行器热管理系统，包括：传动部热管理组件、风管和电池热管理组件；传动部热管理组件包括：设置在传动部外围的壳体；壳体的内壁涂覆有传动部隔热涂层；壳体与传动部之间设有出风口；电池热管理组件包括：设置在电池外围的电池包外壳；电池包外壳与内部电池之间的空隙形成风道，风道具有进风口；风管两端分别连通出风口和进风口。本适用于高寒环境的扑翼飞行器热管理系统可充分利用飞行过程中传动部产生的热能，提高热量的利用效率，降低电池电能的损耗，且维持电池处于适宜的温度环境下工作，提高电池的续航能力，使扑翼飞行器具有良好的低温环境适应能力，在高寒环境下具有较长的续航时间，提升了扑翼飞行器的任务完成能力，扩充了扑翼飞行器的使用范围。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例提供的适用于高寒环境的扑翼飞行器热管理系统的整体结构示意图；
图2为本发明实施例提供的传动部热管理组件结构示意图；
图3为本发明实施例提供的电池热管理组件的部分结构示意图；
图4为扑翼飞行器的扑翼结构示意图；
附图中：1-传动部热管理组件；2-风管；3-电池热管理组件；4-传动部；5-壳体；6-传动部隔热涂层；7-电池；8-电池包外壳；9-风道；10-电池隔热涂层；11-电池加热板；12-控制器；13-温度传感器；14-扑翼骨架；15-柔性太阳能板；16-底座；17-扑翼。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明实施例提供一种适用于高寒环境的扑翼飞行器热管理系统，参照图1所示，包括：传动部热管理组件1、风管2和电池热管理组件3。其中，传动部热管理组件1通过风管2与电池热管理组件3相连接。
具体地，参照图2所示，传动部热管理组件1包括：设置在传动部4外围的壳体5，壳体5内壁涂覆有传动部隔热涂层6。该传动部热管理组件1内部安装有传动部4，传动部4和壳体5均固定在底座16上。传动部4驱动轴穿过壳体5，固定在底座16上，壳体5和底座16形成一个密闭的空间。传动部隔热涂层6可以有效减少传动部4工作时产生的热量的流失，提高保温性能。壳体5与传动部4之间设有出风口，出风口位于远离传动部4驱动轴的另一侧，传动部4工作时产生的热量可以通过出风口导入到风管2中。
本实施例中，传动部可以为电机、发动机或马达等任何动力驱动装置，本实施例对此不作限定。
进一步地，参照图3所示，电池热管理组件3包括：设置在电池7外围的电池包外壳8和电池加热板11。其中，电池包外壳8内壁涂覆有电池隔热涂层10，从而可以有效减少电池7的热量流失，提高保温性能，防止低温环境下热量扩散到外部，提高热量的利用效率。电池加热板11包裹在电池7外表面，与电池7电连接。电池加热板11与电池7两者紧密贴合，为电池7均匀加热，提升了加热效率，以维持电池7在动力输出效率最高的温度条件下工作，进而使得扑翼飞行器在高寒环境下也可以持续工作，维持较长的续航时间。
进一步地，参照图3所示，电池包外壳8与电池7之间的空隙形成风道9。风道9具有进风口，进风口与风管2相连，风管2可以将传动部4工作时产生的热量导入到风道9中，进而减小电池加热板11加热时电池7的电力消耗，间接提升电池7表面的温度，维持电池7在最适宜其工作的温度环境下运行。提高了热量的利用率，减少了电能的消耗。
本实施例中，参照图1所示，传动部4工作时，从外界吸入空气，空气随着传动部4电机的旋转通过风管2进入到风道9中，从而可以有效提高电池7的表面温度，降低电池加热板11消耗的电能，提高热量的利用效率，充分管理和利用飞行过程中传动部产生的热能。传动部工作时产生的热量、电池加热板和隔热涂层共同维持电池在其最适宜的温度环境下工作，使扑翼飞行器具有良好的低温环境适应能力，在高寒环境下具有较长的续航时间，提高了扑翼飞行器的任务完成能力，扩充了扑翼飞行器的使用范围。
进一步地，参照图1和图3所示，电池热管理组件3还包括控制器12和与控制器12连接的温度传感器13。温度传感器13安装在电池7的外表面，用于检测电池7外表面的温度，可随时监测电池7的温度变化。控制器12与电池电热板11控制连接。控制器12采集电池7外表面温度传感器13的温度，当温度低于设定阈值时，控制电池加热板11为电池7加热；当温度等于或高于设定阈值时，控制电池加热板11停止加热，以节省电量，且维持电池7在其最适宜的温度环境下运行。通过温度传感器与控制器、控制器与电池加热板三者的控制连接，实现智能化、精确化地控制扑翼飞行器电池的工作温度，使其始终在最佳温度范围内工作。
可选地，参照图4所示，本扑翼飞行器热管理系统还包括安装在扑翼骨架14表面的柔性太阳能板15，其厚度小于0.5mm，太阳能转换率大于10％。电池7为传动部4提供电能来源，传动部4驱动扑翼17运动，以产生扑翼飞行器向上的升力和向前的动力。扑翼骨架14的作用是支撑扑翼17，柔性太阳能板15安装在扑翼骨架14上，通过胶进行粘接。柔性太阳能板15与电池7连接，该柔性太阳能板15可将太阳能转换为电能，为电池7充电，提高电池续航能力，低碳节能，绿色环保，可充分管理和利用飞行过程中产生的天阳能。在本实施例中，上述柔性太阳能板可安装在扑翼飞行器的任何位置，只要能充分吸收太阳能即可，本实施例对其不作限定。
进一步地，控制器12分别与电池7和柔性太阳能板15控制连接。控制器12通过采集电池7的电压判断电池7的电量，在电池7电量低于预设阈值时，开启柔性太阳能板15，将太阳能转换为电能，并将电能储存在电池7内，为电池7充电；在电池7电量等于或高于预设阈值时，关闭柔性太阳能板15，停止其对电池7的充电功能。可以智能化、精确化地控制电池7的充电操作，从而有效防止电池7产生过充电或过放电的情况发生，提高电池的性能和使用寿命。
可选地，传动部隔热涂层6和电池隔热涂层10的材质为隔绝传导型隔热涂料或反射型隔热涂料。
具体地，隔绝传导型隔热涂料是通过低导热系数和高热阻来实现隔热保温的一种涂料，其热传导率极低，使热能传导几乎隔绝，可将传动部4以及电池7内的温差环境隔离。其中，应用最广泛的隔绝传导型隔热涂料是复合硅酸镁铝隔热涂料、稀土保温涂料、涂覆型复合硅酸盐隔热涂料等。隔绝传导型隔热涂料生产成本低、导热系数低，但存在干燥周期长、抗冲击能力弱、干燥收缩大、吸湿率大、粘结强度低、装饰效果较差等问题，要想克服这些不足，可采用反射型隔热涂料。反射型隔热涂料导热系数小于0.03W/m.K，可以保持物体90％的热量不流失，为高效、薄层、隔热保温、装饰、防水、防火、防腐、绝缘于一体的新型太空节能反射隔热保温涂料。其附着性强，粘结度高，可彻底与物质粘结，稳固地贴附于壳体5和电池7的内壁。可以覆盖被涂刷物体上的细小裂纹(由于扑翼飞行器长时间的野外飞行，电池包外壳8或壳体5上可能会存在细小裂纹)，并具有很好的防水、防渗漏作用，有很好的保护内部基体的作用。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种适用于高寒环境的扑翼飞行器热管理系统，其特征在于，包括：传动部热管理组件(1)、风管(2)和电池热管理组件(3)；
所述传动部热管理组件(1)包括：设置在传动部(4)外围的壳体(5)；所述壳体(5)的内壁涂覆有传动部隔热涂层(6)；所述壳体(5)与传动部(4)之间设有出风口；
所述电池热管理组件(3)包括：设置在电池(7)外围的电池包外壳(8)；所述电池包外壳(8)与所述电池(7)之间的空隙形成风道(9)，所述风道(9)具有进风口；
所述风管(2)两端分别连通所述出风口和进风口；
所述传动部(4)的驱动轴穿过所述壳体(5)，固定在底座(16)上，所述壳体(5)和底座(16)形成一个密闭的空间；所述出风口位于远离所述传动部(4)的驱动轴的一侧，所述传动部(4)工作时产生的热量通过所述出风口导入到所述风管(2)中；
所述传动部(4)工作时，从外界吸入空气，空气随着所述传动部(4)电机的旋转通过所述风管(2)进入到所述风道(9)中，从而有效提高所述电池(7)的表面温度。
2.如权利要求1所述的一种适用于高寒环境的扑翼飞行器热管理系统，其特征在于，所述传动部隔热涂层(6)的材质为隔绝传导型隔热涂料或反射型隔热涂料。
3.如权利要求1所述的一种适用于高寒环境的扑翼飞行器热管理系统，其特征在于，所述电池包外壳(8)内壁涂覆有电池隔热涂层(10)。
4.如权利要求3所述的一种适用于高寒环境的扑翼飞行器热管理系统，其特征在于，所述电池隔热涂层(10)的材质为隔绝传导型隔热涂料或反射型隔热涂料。
5.如权利要求3所述的一种适用于高寒环境的扑翼飞行器热管理系统，其特征在于，所述电池热管理组件(3)还包括：电池加热板(11)；
所述电池加热板(11)包裹在所述电池(7)的外表面，且与所述电池(7)电连接。
6.如权利要求5所述的一种适用于高寒环境的扑翼飞行器热管理系统，其特征在于，所述电池热管理组件(3)还包括控制器(12)和与所述控制器(12)连接的温度传感器(13)；所述温度传感器(13)安装在所述电池(7)的外表面；
所述控制器(12)与所述电池加热板(11)控制连接。
7.如权利要求6所述的一种适用于高寒环境的扑翼飞行器热管理系统，其特征在于，还包括：安装在扑翼骨架(14)表面的柔性太阳能板(15)；所述柔性太阳能板(15)与所述电池(7)连接；
所述控制器(12)分别与所述电池(7)和所述柔性太阳能板(15)控制连接。
8.如权利要求7所述的一种适用于高寒环境的扑翼飞行器热管理系统，其特征在于，所述柔性太阳能板(15)的厚度小于0.5mm，太阳能转换率大于10％。
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