CN117963149A - 一种无人机用通气增压系统及自动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机用通气增压系统及自动控制方法，涉及无人机增压系统技术领域，该系统包括硬件部分和逻辑控制部分，所述硬件部分包括油箱、与所述油箱内部连通的通气管、用于控制所述油箱内压力的主控压组件以及压力传感组件，所述主控压组件和所述压力传感组件均与所述通气管连通；本发明设计合理，包含了硬件部分和逻辑控制部分，硬件部分由由油箱、主控压组件、压力传感组件和相关管路组成，通过对硬件部分组合进行相应的功能性成品和附件进行控制，满足自动控制逻辑在通气增压系统中的使用。通气增压系统将飞机通气功能和增压功能结合起来，需用增压功能时能顺利给油箱增压，无需用增压功能时，保持油箱和大气相通。

Description

一种无人机用通气增压系统及自动控制方法

技术领域

本发明涉及无人机增压系统技术领域，更具体的是涉及无人机用通气增压系统及自动控制方法技术领域。

背景技术

飞机飞行时海拔高度变化带来飞机外气压变化，按照无人机燃油系统设计要求，一般飞行器如果飞行高度小于7620米时，可以不进行增压，当飞行高度大于7620米时，如果仍然不进行增压的话，当油箱内燃油温度到达一定限值时，溶解在燃油中的空气会析出，出现所谓的汽蚀和气塞现象，轻则损坏燃油系统相关附件，重则无法供给发动机燃油，甚至可能导致空中停车，因此随着近些年来活塞式无人机的升限突破，增压功能显得非常重要。

传统的歼击机等大型飞机一般使用涡喷、涡扇类发动机，该类型飞机燃油消耗量大，可以从发动机压气机或风扇获取大量压缩空气，满足增压需求，另外一种方法是有人机可以通过环控系统的初级散热器后进行引气，还有一种方法使用高压气瓶，通过气瓶释放高压气体在需用时对油箱进行增压。

对于使用活塞发动机的无人机而言，机上无法实现从发动机压气机或风扇实现机载气源的引用；

另外一种方法是使用压缩气瓶，由于气瓶重量和所占空间较大，实际使用起来带来诸多不利，而且使用完当气瓶内气体压力无法满足使用要求时，需对气瓶进行相应更换，对气瓶进行拆装将会是机务日常工作项之一，延长机务准备时间，影响飞机再次出动时间和出勤率；且压力容器气瓶重量较大，气瓶的使用制约了机载空间和装载量的拓展，侵占机载任务载荷和结构空间，使用代价较大加大再次出动时间，一般在实际使用中存在很大局限性。

如何在无人机上实现增压是本领域技术人员的努力方向。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决无人机增压的技术问题，本发明提供一种无人机用通气增压系统及自动控制方法。

本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：一种无人机用通气增压系统，包括硬件部分和逻辑控制部分，所述硬件部分包括油箱、与所述油箱内部连通的通气管、用于控制所述油箱内压力的主控压组件以及压力传感组件，所述主控压组件和所述压力传感组件均与所述通气管连通。

具体来说，本通气增压系统包含了硬件部分和逻辑控制部分，硬件部分由由油箱、主控压组件、压力传感组件和相关管路组成，通过对硬件部分组合进行相应的功能性成品和附件进行控制，满足自动控制逻辑在通气增压系统中的使用。通气增压系统将飞机通气功能和增压功能结合起来，需用增压功能时能顺利给油箱增压，无需用增压功能时，保持油箱和大气相通。

另外，硬件部分重量轻，是活塞式动力无人机增压系统的最优选择，可以系统性的快速搭建运用平台，是活塞式发动机无人机系统增压的不二之选；

此外，将无人机增压系统和通气系统高度融合，机上管路通过简单布置即可实现两种功能需求的切换；该套系统使用维护方便，无需进行特殊的机务维护，大大降低了机务人员的操作难度，极大的缩短再次出动准备时间；该系统工作时，不受工作时间和飞行高度影响，能长时间持续稳定工作。

在一个实施方式中，还包括用于辅助控制所述油箱内压力的辅助控压组件，所述辅助控压组件与所述通气管连通。

在一个实施方式中，所述通气管末端分为两路管道，一路管道与所述辅助控压组件连通，另一路管道与所述主控压组件连通。

在一个实施方式中，所述主控压组件包括第一增压管道、第二增压管道、电动球阀、增压构件以及进排气口，所述第一增压管道一端与所述通气管连通，另一端与所述进出气口连通，所述第二增压管道呈并列方式连接在所述第一增压管道上，所述增压构件设置在所述第二增压管道上，所述电动球阀设置在与所述第二增压管道并列部分的所述第一增压管道上。

具体来说，当油箱内压力比外界大气压力低时，打开另一个旁路的活门，外界大气向油箱内补充空气，防止油箱出现超出限定的负压；电动球阀用以打开或切断油箱和外界大气通道，用于油箱通气功能和增压功能的切换；进排气口是连接油箱外大气的管路，是油箱进气和排气总通道。

在一个实施方式中，所述增压构件为增压气泵，所述增压气泵包括活塞增压组件以及驱动所述活塞增压组件工作的电机。

具体来说，增压气泵是一种通过电机带动活塞组件运动，从而达到将油箱外气体压缩后输入到油箱的功能性成品。

在一个实施方式中，所述辅助控压组件包括排气管道和设置在所述排气管道末端的呼吸阀，所述压力传感组件通过三通阀连接在所述排气管道中部，所述排气管道与所述通气管连通。

具体来说，呼吸阀为纯机械结构的机械压力附件，用于控制油箱压力在规定的压力范围内，当油箱内压力超出一定限度时呼吸阀打开，油箱向外排气，当压力低于设定值值，阀门关闭，保证油箱内和油箱外设定的压力差。

辅助控压组件是该套系统除以上正常功能外，还预留设计的安全裕度，当电动球阀无法打开，或者故障后，油箱内压力超出范围时，可以通过呼吸阀向外排气，保证油箱内气相空间压力处于油箱结构本身能够承受的范围；当需要进气时，呼吸阀同样可以打开，外界大气通过呼吸法进入油箱，防止油箱内产生负压，损坏油箱，呼吸阀是纯机械结构，结构简单，工作可靠，故障率低，是该套系统最后安全保障。

在一个实施方式中，所述压力传感组件为压力传感器。

具体来说，压力传感器实时采集监测油箱内压力，用于判断油箱内气相空间的真实压力值。

在一个实施方式中，所述油箱上设置有加油口。

具体来说，油箱用于储存机载发动机所用燃油，加油口用于油箱加注燃油使用。

本发明的另一个方面提供一种无人机用通气增压系统的自动控制方法，采用上述一种无人机用通气增压系统。

包括如下步骤：

S1、接收指令后，电动球阀接收到指令，关闭电动球阀10s后，再次打开电动球阀，电动球阀向上位机先发送关到位指令后再次发送开到位指令，此时标志着通气增压系统进入自动控制逻辑；

S2、飞管计算机根据当前飞行高度和燃油温度，判断是否需要进行增压，地面维护设备给飞管计算机注入油品饱和蒸汽压，通过燃油当前温度和当前飞行气压高度进行换算，可以计算燃油当前高度下的燃油蒸发损失温度，通过比较当前燃油温度和燃油蒸发损失温度的差值，通过系统预留的安全裕度进行对比，决定是否需要增压；

S3、若需要执行增压系统，则打开增压气泵开始给油箱增压，且同时关闭电动球阀，增压气泵开始给油箱进行增压，电动球阀关闭，切断油箱和外界大气通道，油箱开始增压，油箱增压时，压力传感器实时读取油箱数据，并将油箱压力数据下传给地面站飞行席，地面飞行操作员通过直观的方式知晓油箱内压力；若油箱不需要进行增压，则打开电动球阀，关闭增压气泵，球阀打开后，油箱与外界大气直接相连，保证油箱顺利排气或进气；

S4、当油箱压力超出设定值时，此处以24kPa计，该压力值根据系统设计时确定，当油箱内压力超出该值时，可能对油箱造成损坏，因此需控制油箱增压压力，不得大于该值，油箱压力超出设定值，打开电动球球，油箱开始泄压；

S5、球阀开启后，当燃油温度或飞行气压高度发生变化时，此时返回步骤S1，判定是否需要执行增压功能。

具体来说，具体来说，当需用增压功能时，如图2所示，通过飞行器发送“增压系统开”指令，通气增压系统进入自动控制逻辑。

通气增压系统硬件部分组成了逻辑控制部分的基本条件，由于通气增压系统涉及相关成品较多，飞行操作员进行操作时，容易记混淆，且由于该系统操作不当时，可能给飞行带来灾难性后果，为便于飞行相关人员进行操作，减少人为操作失误带来的不利后果，需对增压系统进行相应智能控制，对增压系统功能附件进行相应控制，从而达到自动控制的目的。

该套系统使用成本低，使用方法简单，自动控制逻辑通过机载计算机运行，减轻飞行操作员的操作负担；

除了以上自动逻辑外，该套系统中，增压气泵和电动球阀也可以通过地面单独的指令进行相关成品的打开和关闭，人工操控始终处于优先位置，当需要人工接入时，通过地面飞行席位上简单的操作发送即可执行。

本发明的一个方面提供

本发明的有益效果如下：

本专利发明为一种无人机用通气增压系统及自动控制方法，通气增压系统是飞机设计中一个很重要的子系统，通气增压系统关乎飞行安全，其中通气功能使油箱与外界大气相通，加油时排出油箱内空气，飞行中防止油箱中出现不允许的正压或者负压。

增压功能调节油箱中相对大气保持规定的增压值，在中低空时保持油箱压力与大气压力相等，在高空保持油箱中的压力不低于规定的绝对压力，保证燃油系统成品正常工作，降低燃油蒸发损失的可能，当使用软油箱时，可保持软油箱的形状。

本专利提供一种无人机增压的思路，且可飞行全程实现自动控制，飞行操作员只需操作自动增压控制按钮，即可以实现飞行全程自动控制通气增压系统切换，防止人为误操作对飞行带来不利影响。

附图说明

图1是本发明一种无人机用通气增压系统的结构示意图；

图2是本发明一种无人机用通气增压系统的自动控制方法的流程图；

附图标记：1-油箱,2-加油口,3-通气管,4-呼吸阀,5-压力传感器,6-电动球阀,7-进出气口,8-增压气泵。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施方式的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种无人机用通气增压系统，包括硬件部分和逻辑控制部分，硬件部分包括油箱1、与油箱1内部连通的通气管3、用于控制油箱1内压力的主控压组件以及压力传感组件，主控压组件和压力传感组件均与通气管3连通。

具体来说，本通气增压系统包含了硬件部分和逻辑控制部分，硬件部分由由油箱1、主控压组件、压力传感组件和相关管路组成，通过对硬件部分组合进行相应的功能性成品和附件进行控制，满足自动控制逻辑在通气增压系统中的使用。通气增压系统将飞机通气功能和增压功能结合起来，需用增压功能时能顺利给油箱1增压，无需用增压功能时，保持油箱1和大气相通。

另外，硬件部分重量轻，是活塞式动力无人机增压系统的最优选择，可以系统性的快速搭建运用平台，是活塞式发动机无人机系统增压的不二之选；

此外，将无人机增压系统和通气系统高度融合，机上管路通过简单布置即可实现两种功能需求的切换；该套系统使用维护方便，无需进行特殊的机务维护，大大降低了机务人员的操作难度，极大的缩短再次出动准备时间；该系统工作时，不受工作时间和飞行高度影响，能长时间持续稳定工作。

实施例2

本实施例是在实施例1的基础上做了进一步优化，具体是：

还包括用于辅助控制油箱1内压力的辅助控压组件，辅助控压组件与通气管3连通。

在一个实施方式中，通气管3末端分为两路管道，一路管道与辅助控压组件连通，另一路管道与主控压组件连通。

主控压组件包括第一增压管道、第二增压管道、电动球阀6、增压构件以及进排气口，第一增压管道一端与通气管3连通，另一端与进出气口7连通，第二增压管道呈并列方式连接在第一增压管道上，增压构件设置在第二增压管道上，电动球阀6设置在与第二增压管道并列部分的第一增压管道上。

具体来说，当油箱1内压力比外界大气压力低时，打开另一个旁路的活门，外界大气向油箱1内补充空气，防止油箱1出现超出限定的负压；电动球阀6用以打开或切断油箱1和外界大气通道，用于油箱1通气功能和增压功能的切换；进排气口是连接油箱1外大气的管路，是油箱1进气和排气总通道。

增压构件为增压气泵8，增压气泵8包括活塞增压组件以及驱动活塞增压组件工作的电机。

具体来说，增压气泵8是一种通过电机带动活塞组件运动，从而达到将油箱1外气体压缩后输入到油箱1的功能性成品。

实施例3

本实施例是在实施例2的基础上做了进一步优化，具体是：

辅助控压组件包括排气管道和设置在排气管道末端的呼吸阀4，压力传感组件通过三通阀连接在排气管道中部，排气管道与通气管3连通。

具体来说，呼吸阀4为纯机械结构的机械压力附件，用于控制油箱1压力在规定的压力范围内，当油箱1内压力超出一定限度时呼吸阀4打开，油箱1向外排气，当压力低于设定值值，阀门关闭，保证油箱1内和油箱1外设定的压力差。

辅助控压组件是该套系统除以上正常功能外，还预留设计的安全裕度，当电动球阀6无法打开，或者故障后，油箱1内压力超出范围时，可以通过呼吸阀4向外排气，保证油箱1内气相空间压力处于油箱1结构本身能够承受的范围；当需要进气时，呼吸阀4同样可以打开，外界大气通过呼吸法进入油箱1，防止油箱1内产生负压，损坏油箱1，呼吸阀4是纯机械结构，结构简单，工作可靠，故障率低，是该套系统最后安全保障。

实施例4

本实施例是在实施例1至实施例3的基础上做了进一步优化，具体是：

压力传感组件为压力传感器5。

具体来说，压力传感器5实时采集监测油箱1内压力，用于判断油箱1内气相空间的真实压力值。

油箱1上设置有加油口2。

具体来说，油箱1用于储存机载发动机所用燃油，加油口2用于油箱1加注燃油使用。

实施例5

本实施例的另一个方面提供一种无人机用通气增压系统的自动控制方法，采用上述一种无人机用通气增压系统。

包括如下步骤：

S1、接收指令后，电动球阀6接收到指令，关闭电动球阀610s后，再次打开电动球阀6，电动球阀6向上位机先发送关到位指令后再次发送开到位指令，此时标志着通气增压系统进入自动控制逻辑；

S2、飞管计算机根据当前飞行高度和燃油温度，判断是否需要进行增压，地面维护设备给飞管计算机注入油品饱和蒸汽压，通过燃油当前温度和当前飞行气压高度进行换算，可以计算燃油当前高度下的燃油蒸发损失温度，通过比较当前燃油温度和燃油蒸发损失温度的差值，通过系统预留的安全裕度进行对比，决定是否需要增压；

S3、若需要执行增压系统，则打开增压气泵8开始给油箱1增压，且同时关闭电动球阀6，增压气泵8开始给油箱1进行增压，电动球阀6关闭，切断油箱1和外界大气通道，油箱1开始增压，油箱1增压时，压力传感器5实时读取油箱1数据，并将油箱1压力数据下传给地面站飞行席，地面飞行操作员通过直观的方式知晓油箱1内压力；若油箱1不需要进行增压，则打开电动球阀6，关闭增压气泵8，球阀打开后，油箱1与外界大气直接相连，保证油箱1顺利排气或进气；

S4、当油箱1压力超出设定值时，此处以24kPa计，该压力值根据系统设计时确定，当油箱1内压力超出该值时，可能对油箱1造成损坏，因此需控制油箱1增压压力，不得大于该值，油箱1压力超出设定值，打开电动球球，油箱1开始泄压；

S5、球阀开启后，当燃油温度或飞行气压高度发生变化时，此时返回步骤S1，判定是否需要执行增压功能。

具体来说，具体来说，当需用增压功能时，如图2所示，通过飞行器发送“增压系统开”指令，通气增压系统进入自动控制逻辑。

通气增压系统硬件部分组成了逻辑控制部分的基本条件，由于通气增压系统涉及相关成品较多，飞行操作员进行操作时，容易记混淆，且由于该系统操作不当时，可能给飞行带来灾难性后果，为便于飞行相关人员进行操作，减少人为操作失误带来的不利后果，需对增压系统进行相应智能控制，对增压系统功能附件进行相应控制，从而达到自动控制的目的。

该套系统使用成本低，使用方法简单，自动控制逻辑通过机载计算机运行，减轻飞行操作员的操作负担；

除了以上自动逻辑外，该套系统中，增压气泵8和电动球阀6也可以通过地面单独的指令进行相关成品的打开和关闭，人工操控始终处于优先位置，当需要人工接入时，通过地面飞行席位上简单的操作发送即可执行。

Claims (10)

1.一种无人机用通气增压系统，其特征在于，包括硬件部分和逻辑控制部分，所述硬件部分包括油箱(1)、与所述油箱(1)内部连通的通气管(3)、用于控制所述油箱(1)内压力的主控压组件以及压力传感组件，所述主控压组件和所述压力传感组件均与所述通气管(3)连通。

2.根据权利要求1所述的一种无人机用通气增压系统，其特征在于，还包括用于辅助控制所述油箱(1)内压力的辅助控压组件，所述辅助控压组件与所述通气管(3)连通。

3.根据权利要求2所述的一种无人机用通气增压系统，其特征在于，所述通气管(3)末端分为两路管道，一路管道与所述辅助控压组件连通，另一路管道与所述主控压组件连通。

4.根据权利要求3所述的一种无人机用通气增压系统，其特征在于，所述主控压组件包括第一增压管道、第二增压管道、电动球阀(6)、增压构件以及进排气口，所述第一增压管道一端与所述通气管(3)连通，另一端与所述进出气口(7)连通，所述第二增压管道呈并列方式连接在所述第一增压管道上，所述增压构件设置在所述第二增压管道上，所述电动球阀(6)设置在与所述第二增压管道并列部分的所述第一增压管道上。

5.根据权利要求4所述的一种无人机用通气增压系统，其特征在于，所述增压构件为增压气泵(8)，所述增压气泵(8)包括活塞增压组件以及驱动所述活塞增压组件工作的电机。

6.根据权利要求4所述的一种无人机用通气增压系统，其特征在于，所述辅助控压组件包括排气管道和设置在所述排气管道末端的呼吸阀(4)，所述压力传感组件通过三通阀连接在所述排气管道中部，所述排气管道与所述通气管(3)连通。

7.根据权利要求1所述的一种无人机用通气增压系统，其特征在于，所述压力传感组件为压力传感器(5)。

8.根据权利要求1所述的一种无人机用通气增压系统，其特征在于，所述油箱(1)上设置有加油口(2)。

9.一种无人机用通气增压系统的自动控制方法，其特征在于，采用权利要求1至8中任一项所述的一种无人机用通气增压系统。

10.根据权利要求9所述的一种无人机用通气增压系统的自动控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、接收指令后，电动球阀(6)接收到指令，关闭电动球阀(6)10s后，再次打开电动球阀(6)，电动球阀(6)向上位机先发送关到位指令后再次发送开到位指令，此时标志着通气增压系统进入自动控制逻辑；

S2、飞管计算机根据当前飞行高度和燃油温度，判断是否需要进行增压，地面维护设备给飞管计算机注入油品饱和蒸汽压，通过燃油当前温度和当前飞行气压高度进行换算，可以计算燃油当前高度下的燃油蒸发损失温度，通过比较当前燃油温度和燃油蒸发损失温度的差值，通过系统预留的安全裕度进行对比，决定是否需要增压；

S3、若需要执行增压系统，则打开增压气泵(8)开始给油箱(1)增压，且同时关闭电动球阀(6)，增压气泵(8)开始给油箱(1)进行增压，电动球阀(6)关闭，切断油箱(1)和外界大气通道，油箱(1)开始增压，油箱(1)增压时，压力传感器(5)实时读取油箱(1)数据，并将油箱(1)压力数据下传给地面站飞行席，地面飞行操作员通过直观的方式知晓油箱(1)内压力；若油箱(1)不需要进行增压，则打开电动球阀(6)，关闭增压气泵(8)，球阀打开后，油箱(1)与外界大气直接相连，保证油箱(1)顺利排气或进气；

S4、当油箱(1)压力超出设定值时，该压力值根据系统设计时确定，当油箱(1)内压力超出该值时，可能对油箱(1)造成损坏，因此需控制油箱(1)增压压力，不得大于该值，油箱(1)压力超出设定值，打开电动球球，油箱(1)开始泄压；

S5、球阀开启后，当燃油温度或飞行气压高度发生变化时，此时返回步骤S1，判定是否需要执行增压功能。