CN115839283A - 一种无人机活塞式发动机起动方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无人机技术领域，公开了一种无人机活塞式发动机起动方法及系统，该方法，通过调节起动节气门角度和控制发动机转速，控制无人机活塞式发动机的起动并闭环控制暖车转速。本发明解决了现有技术存在的难以便捷适应不同海拔高度、不同温度使用场景（尤其是高原地区或者寒冷地区）的发动机起动、起动后暖车转速控制繁琐等问题。

Description

一种无人机活塞式发动机起动方法及系统

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体是一种无人机活塞式发动机起动方法及系统。

背景技术

无人直升机能够在不同的地区和环境下执行任务，面临不同的海拔高度和温度，要求其所使用的活塞式发动机一次起动成功率高。另外，对于无人直升机的飞行操作员和用户来说，起动发动机的操作程序应尽可能简单，不希望出现反复调整和等待的情况。综上，无人直升机的发动机起动程序要求高单次起动成功率与无需调整的一键起动。

活塞式发动机起动过程：一方面，飞控发送起动指令后，舵机拉动节气门拉索至发动机起动节气门角度，保证发动机足够的进气量；另一方面，机载电源向起动电机供电，起动电机拖动发动机曲轴旋转，发动机控制器监测到一定转速后控制喷油与点火，完成发动机的起动。发动机从停车节气门角度至起动节气门角度的过程中，受机械结构限制，通常需要1-2秒；为避免过热，发动机起动电机单次起动时间有限，若在此过程中发动机没有足够的进气量并成功完成点火并稳定燃烧，则可能导致起动失败。因此，飞控发送起动指令后，若舵机与起动电机同时工作，则可能导致起动电机在节气门到位前就开始带转发动机，有效起动时间减少，导致发动机起动成功率偏低。

另外，通常情况下活塞式发动机手册中仅针对平原地区给出了起动节气门角度，对高原地区或者寒冷地区的适应性不佳；部分活塞式发动机手册中提供了不同海拔高度和温度下的起动节气门角度建议，通常情况下海拔高度越高、温度越低，其建议的起动节气门角度越大。另外，活塞式发动机起动成功后有最佳的暖车转速，若暖车转速过高，则可能因为此时润滑油温度较低导致其粘度较高不能良好润滑机械部件影响发动机使用寿命。发动机起动过程中，若节气门角度不变，转速会逐渐增加至与负载匹配的转速。但无人机的发动机负载亦会随环境变化而变化，且与发动机厂商的测试所用负载不一致，若按手册推荐起动节气门角度，则不能保证起动成功率；若按固定的匹配平原地区的节气门角度起动，则不能保证高原地区和寒冷地区的起动成功率；若按固定的匹配高原地区和寒冷地区的节气门角度起动，则可能导致发动机、旋翼等超转或超出发动机理想的暖车转速。若由飞行操作员或者飞控程序按发动机手册根据不同海拔高度和滑油温度给定起动节气门角度，则会存在操作繁琐、频繁调节或自动程序插值表复杂、起动成功率低等问题。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供了一种无人机活塞式发动机起动方法及系统，解决现有技术存在的难以便捷适应不同海拔高度、不同温度使用场景（尤其是高原地区或者寒冷地区）的发动机起动、起动后暖车转速控制繁琐等问题。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

一种无人机活塞式发动机起动方法，通过调节起动节气门角度和控制发动机转速，控制无人机活塞式发动机的起动并闭环控制暖车转速。

作为一种优选的技术方案，通过监测发动机滑油和冷却液温度判断无人机活塞式发动机在起动前是否需要加热发动机，以确保起动成功。

作为一种优选的技术方案，包括以下步骤：

S1，起动参数确定：确定发动机在0-5000米的海拔高度范围和-40至40摄氏度的环境温度范围的起动条件内均能成功起动的起动参数；

S2，起动参数与起动条件设置：在飞控程序中,设置起动参数与起动条件；

S3，起动条件监测：监测海拔高度与起动温度是否满足发动机起动条件，若是，则节气门角度置于≮θ₁；若否，则调整海拔高度与起动温度直至满足发动机起动条件；

S4，发动机起动：控制节气门角度于程序设定值，完成到位检查后，驱动起动电机执行发动机起动程序；

S5，暖车：判断发动机是否起动成功，若是，则进行暖车，并监控和闭环控制发动机转速，直至发动机完成暖车。

作为一种优选的技术方案，步骤S1中，起动参数包括节气门角度、暖车转速、暖车完成时的滑油温度。

作为一种优选的技术方案，步骤S2中，起动参数包括最小起动节气门角度、暖车转速、暖车完成时的滑油温度，起动条件包括最低起动温度、最高起动高度。

作为一种优选的技术方案，步骤S3中，若否，使用加热设备对发动机进行加热或降低起动高度使起动温度、起动高度满足发动机起动条件。

作为一种优选的技术方案，步骤S3中，发动机起动条件的最低起动温度包括冷却液温度、滑油温度。

作为一种优选的技术方案，步骤S4中，判断发动机是否起动成功的方法为：飞控根据发动机转速大于设定转速并持续3-10s及各气缸的排气温度高于设定温度并持续3-10s，则判断发动机起动成功。

作为一种优选的技术方案，进行暖车并监控和闭环控制发动机转速的方法为：飞控监控发动机转速，当转速达暖车转速ω₁±ω’时，进入发动机转速闭环控制模式，通过增大或减小发动机节气门角度控制发动机转速在ω₁±ω’区间内；其中，ω₁表示理想暖车转速，ω’表示理想暖车转速波动范围。

一种无人机活塞式发动机起动系统，用于实现所述的一种无人机活塞式发动机起动方法，包括依次相连的以下模块：

起动参数确定模块：用以，确定发动机在0-5000米的海拔高度范围和-40至40摄氏度的环境温度范围的起动条件内均能成功起动的起动参数；

起动参数与起动条件设置模块：用以，在飞控程序中,设置起动参数与起动条件；

起动条件监测模块：用以，监测海拔高度与起动温度是否满足发动机起动条件，若是，则节气门角度置于≮θ₁；若否，则调整海拔高度与起动温度直至满足发动机起动条件；

发动机起动模块：用以，控制节气门角度于程序设定值，完成到位检查后，驱动起动电机执行发动机起动程序；

暖车模块：用以，判断发动机是否起动成功，若是，则进行暖车，并监控和闭环控制发动机转速，直至发动机完成暖车。

本发明相比于现有技术，具有以下有益效果：

（1）本发明通过上述起动方法的设计，避免了起动电机在进气量不足时的无效做功，缩短了起动电机做工时间，节约了机载能源；

（2）本发明采用同一起动节气门，适应于不同海拔高度和不同温度，无需根据发动机状态与环境对发动机起动节气门进行差值和选择；

（3）本发明能够有效避免发动机超转、发动机暖车转速不理想而受损的情况；

（4）本发明简化了起动流程，并确保了发动机起动成功率，进一步的提高了无人直升机的任务出勤率与及时性。

附图说明

图1为本发明所述的一种无人机活塞式发动机起动方法的步骤示意图；

图2为本发明适应不同海拔高度、不同温度的无人机活塞式发动机起动方法的工作流程图；

图3为本发明实施例1中某型发动机冷却液温度/滑油温度-起动节气门的曲线图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1至图3所示，本发明所要解决的技术问题是：针对背景技术存在的问题，提供了一种无人机活塞式发动机起动方法，本方案采用的技术方案如下：一种适应不同海拔高度、不同气温的无人机活塞式发动机起动方法，以无人直升机为例，如图1所示，包括以下过程：

S1，起动参数确定：确定发动机的起动条件限制；确定发动机各工况下均能成功起动的节气门角度、暖车转速和暖车完成时的滑油温度。

S2，起动参数与起动条件设置：在飞控程序中,设置最小起动节气门、最低起动温度、最高起动高度、暖车转速和暖车完成时的滑油温度。

S3，起动条件监测：监测发动机起动条件，若不满足，则使用加热设备对发动机进行加热或降低起动高度。

S4，发动机起动：控制节气门角度于程序设定值，完成到位检查后，驱动起动电机执行发动机起动程序；

S5，暖车：若发动机起动成功，则根据发动机转速控制发动机节气门至暖车转速至滑油温度达暖车完成温度，之后执行进一步操作。

图2展示了本发明适应不同海拔高度、不同温度的无人机活塞式发动机起动方法的工作流程。

结合发动机手册与试验确定发动机的起动包线，即最低起动温度T₁（冷却液温度和滑油温度）和最高起动高度H₁；结合发动机手册与试验确定该型发动机各工况下均能成功起动的节气门角度θ₁，图3展示了某型发动机根据冷却液温度/滑油温度推荐的起动节气门，针对该发动机，θ₁则为70%；根据发动机手册确定发动机理想暖车转速区间ω₁±ω^’与暖车结束时的滑油温度T₂。

更具体地：

a）在飞控程序中,将θ₁设置为最小起动节气门、将T₁设置为最低起动温度、将H₁设置为最高起动高度。

b）系统上电时，监测发动机冷却液/滑油温度和高度，若温度≮T₁且高度≯H₁，则执行步骤d）；否则使用加热设备对发动机进行加热至冷却液温度/滑油温度≮T₁，或降低起动高度至≯H₁后再执行步骤d）。

c）飞控发送起动指令，舵机控制节气门拉索将节气门置于θ₁，并进行到位检查。

d）机载电源驱动起动电机带转发动机，发动机控制器根据发动机转速控制执行喷油和点火。

e）飞控根据发动机转速（大于某转速（ω₂）并持续一定时间，通常是3-10s）与各气缸的排气温度（高于某温度（T₃）并持续一定时间，通常是3-10s）判断发动机是否起动成功。

g）飞控监控发动机转速，在发动机转速上升过程中，待转速达ω₁±ω^’后，进入发动机转速闭环控制，根据发动机转速控制增大或减小节气门，控制发动机转速至理想暖车转速区间ω₁±ω^’内，并监测发动机滑油温度至≮T₂，发动机完成暖车并可执行进一步操作。

本发明通过上述起动方法的设计，避免了起动电机在进气量不足时的无效做功，缩短了起动电机做工时间，节约了机载能源；

本发明采用同一起动节气门，适应于不同海拔高度和不同气温，无需根据发动机状态与环境对发动机起动节气门角度进行差值和选择；

本发明能够有效避免发动机超转、发动机暖车转速不理想而受损的情况；

本发明简化了起动流程，并确保了发动机起动成功率，进一步的提高了无人直升机的任务出勤率与及时性。

如上所述，可较好地实现本发明。

本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无人机活塞式发动机起动方法，其特征在于，通过调节起动节气门角度和控制发动机转速，控制无人机活塞式发动机的起动并闭环控制暖车转速。

2.根据权利要求1所述的一种无人机活塞式发动机起动方法，其特征在于，通过监测发动机滑油和冷却液温度判断无人机活塞式发动机在起动前是否需要加热发动机，以确保起动成功。

3.根据权利要求2所述的一种无人机活塞式发动机起动方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，起动参数确定：确定发动机在0-5000米的海拔高度范围和-40至40摄氏度的环境温度范围的起动条件内均能成功起动的起动参数；

S2，起动参数与起动条件设置：在飞控程序中,设置起动参数与起动条件；

S3，起动条件监测：监测海拔高度与起动温度是否满足发动机起动条件，若是，则节气门角度置于≮θ₁；若否，则调整海拔高度与起动温度直至满足发动机起动条件；

S4，发动机起动：控制节气门角度于程序设定值，完成到位检查后，驱动起动电机执行发动机起动程序；

S5，暖车：判断发动机是否起动成功，若是，则进行暖车，并监控和闭环控制发动机转速，直至发动机完成暖车。

4.根据权利要求3所述的一种无人机活塞式发动机起动方法，其特征在于，步骤S1中，起动参数包括节气门角度、暖车转速、暖车完成时的滑油温度。

5.根据权利要求4所述的一种无人机活塞式发动机起动方法，其特征在于，步骤S2中，起动参数包括最小起动节气门角度、暖车转速、暖车完成时的滑油温度，起动条件包括最低起动温度、最高起动高度。

6.根据权利要求5所述的一种无人机活塞式发动机起动方法，其特征在于，步骤S3中，若否，使用加热设备对发动机进行加热或降低起动高度使起动温度、起动高度满足发动机起动条件。

7.根据权利要求6所述的一种无人机活塞式发动机起动方法，其特征在于，步骤S3中，发动机起动条件的最低起动温度包括冷却液温度、滑油温度。

8.根据权利要求6或7所述的一种无人机活塞式发动机起动方法，其特征在于，步骤S4中，判断发动机是否起动成功的方法为：飞控根据发动机转速大于设定转速并持续3-10s及各气缸的排气温度高于设定温度并持续3-10s，则判断发动机起动成功。

9.根据权利要求8所述的一种无人机活塞式发动机起动方法，其特征在于，步骤S5中，进行暖车并监控和闭环控制发动机转速的方法为：飞控监控发动机转速，当转速达暖车转速ω₁±ω’时，进入发动机转速闭环控制模式，通过增大或减小发动机节气门角度控制发动机转速在ω₁±ω’区间内；其中，ω₁表示理想暖车转速，ω’表示理想暖车转速波动范围。

10.一种无人机活塞式发动机起动系统，其特征在于，用于实现权利要求1至9任一项所述的一种无人机活塞式发动机起动方法，包括依次相连的以下模块：

起动参数确定模块：用以，确定发动机在0-5000米的海拔高度范围和-40至40摄氏度的环境温度范围的起动条件内均能成功起动的起动参数；

起动参数与起动条件设置模块：用以，在飞控程序中,设置起动参数与起动条件；

起动条件监测模块：用以，监测海拔高度与起动温度是否满足发动机起动条件，若是，则节气门角度置于≮θ₁；若否，则调整海拔高度与起动温度直至满足发动机起动条件；

发动机起动模块：用以，控制节气门角度于程序设定值，完成到位检查后，驱动起动电机执行发动机起动程序；

暖车模块：用以，判断发动机是否起动成功，若是，则进行暖车，并监控和闭环控制发动机转速，直至发动机完成暖车。

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