CN118163973A - 一种分布式多源混合动力无人机及动力系统控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油电混合无人机技术领域，提供一种分布式多源混合动力无人机及动力系统控制方法，包括：两个平行设置的第一机翼、第二机翼和动力系统，动力系统中的第一动力舱设置在第一机翼和第二机翼中间，第二动力舱对称设置在第一机翼和第二机翼上，且在每个第二动力舱外侧均设有第三动力舱；启电一体发动机由供油模块提供燃料能源产生动能，动能用于供给油动螺旋桨产生推力和转化为电能；电能用于驱动第三动力舱产生拉力和为电池模块充电，电池模块用于为第二动力舱供电。本发明设置了三种动力舱，并根据燃油发动机和电动机各自的优势，设计各模式中燃油发动机和电动机的停启情况，真正意义上实现了油电混合，并有效提高了能效和可靠性。

Description

一种分布式多源混合动力无人机及动力系统控制方法

技术领域

本发明涉及油电混合无人机技术领域，具体提供一种分布式多源混合动力无人机及动力系统控制方法。

背景技术

随着无人机技术的不断发展，行业内对提高续航能力的要求越来越高，传统的电动无人机续航能力取决于电池容量的大小，由于起飞重量及电池能量密度的限制，进一步提高航时困难较大。而燃油具有高能量密度，使得油电混合技术的发展成为长续航能力的重点研究方向。常规的油电混合技术中，燃油电动机主要驱动发电机作为供电使用，多次能量的转换造成能源浪费，动力系统效率低。

按发动机是否直接提供推进功率以及是否带储能装置，动力系统一般可分为三种架构：串联式、并联式、混联式。串联式即发动机、发电机和驱动电机以串联形式连接的动力系统；发动机不直接提供推进力，相当于在纯电无人机上自带一套发电系统，发出电能后供电机使用。并联式将发动机和电机机械耦合，可在发动机和电机间设有离合器，能够实现发动机或电动机单独驱动以及两种动力源分配使用；混联式为串联和并联的结合，功率需求大时，发动机和电动机同时驱动，功率需求小时，根据情况由发动机单独驱动给电池充电，或电动机单独驱动，但增加的复杂结构和控制使得混联式在无人机上难以应用，会占用无人机的空间，并使得重量增大，影响航时。目前，无人机上的油电混合动力系统已存在部分研究，但仍然存在诸多问题。

如中国专利公布号为CN110510127A，公布日为2019年11月29日，专利名称为“一种油电混合无人机动力系统及无人机”的发明专利申请，公开了在飞行阶段采用油动；并在空速达到预定范围时，控制器控制转换开关接通电源组件和减速发电装置的电路，进入充电模式。在无人机发动机空中熄火时，控制器控制转换开关断开电源组件和减速发电装置的电路，辅助带动发动机启动，进入应急模式。但该发明将垂起阶段与飞行阶段分开，能量分阶段使用，即垂直起降采用供电系统，平飞巡航采用供油系统的设计，并不是实质意义上的混合动力使用。

如中国专利公布号为CN113277095A，公布日为2021年08月20日，专利名称为“一种串联式油电混动无人机能量管理系统及方法”的发明专利申请，公开了将发动机的输出轴和发电机的输入轴同轴固连，带动发电机发电，发电机为电池或电机供电；并能够根据SOC估计模块和剩余油量检测模块的检测数据，由混合动力系统控制器、发动机电子控制单元等、动态调节发动机和电池的功率输出；但串联式油电混合动力需要发动机和电动机的功率较高，其重量和体积比较大，并且由于机械和电气系统之间存在多次转化，造成能量损失，整个动力系统效率较低。

如中国专利公布号为CN110963050A，公布日为2020年04月07日，专利名称为“一种用于无人机的多能量混合推进动力系统”的发明专利申请，公开了在起飞及爬升阶段，由电池为电机供电，油动发动机处于运行状态，油动发动机带动发电机转动，离合器闭合，发动机螺旋桨旋转；巡航阶段电池电量充足时，电池为电机供电，油动发动机停止，离合器断开，发动机螺旋桨不工作；当所述电池电量不足时，由发电机为电机供电，同时发电机为所述电池充电，油动发动机处于运行状态，油动发动机带动发电机转动，离合器为断开状态，发动机螺旋桨不工作。该发明虽然解决了油动和电动分阶段分离使用的情况，实现协同配合输出能量，但是在巡航阶段，根据电池的电量情况，油动发动机存在多次启停，高空中多次启动存在启动失败的可能性，增加了飞机飞行过程中的运行风险，特别在低温高寒以及高海拔场景下，低温使得燃油的粘度和密度增加，流动性和雾化性变差，增加启动阻力；如若采用重油发动机时，重油燃料在低温低压环境下难以点燃，更易导致启动困难，当前面对低温启动困难解决的技术为缸体添加加热装置，改善点燃方法，但仅能一定程度降低故障率，依然无法避免该类问题；并且油动发动机在巡航阶段仅提供发电功能，离合器断开，螺旋桨停止工作，依然存在多次能量转化、能量损失的问题。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供了一种分布式多源混合动力无人机及动力系统控制方法，在无人机上设置了三种动力舱，以实现分布式动力推进，同时避免发动机对俯仰通道的影响，在垂起起降模式中，将推重比高、控制性能好的电动机作为主要推进动力，将燃油作为辅助推进动力；在平飞巡航模式中，将能量密度比能高的燃油发动机作为主要推进动力，将电能作为辅助推进动力，能够充分发挥燃油发动机和电动机各自的优势；并且燃油发动机全过程提供推力，不存在空中多次启停的问题，避免了因空中启动失败而造成的故障发生，也增加了低温高寒及高海拔场景的适应性，真正意义上实现了油电混合动力系统在无人机领域中的应用。

本发明提供的分布式多源混合动力无人机，包括：两个平行设置的第一机翼、第二机翼和动力系统；

其中，第一机翼和第二机翼之间设置有连接杆，用于固定第一机翼和第二机翼；

动力系统包括第一动力舱、第二动力舱、第三动力舱、供油模块和电池模块，第一动力舱设置在第一机翼和第二机翼中间，包括启电一体发动机和油动螺旋桨，油动螺旋桨连接在启电一体发动机的后端；第二动力舱对称设置在第一机翼和第二机翼上，且在每个第二动力舱外侧均设有第三动力舱；

第二动力舱包括第一电动螺旋桨和第一电动机；

第三动力舱包括第二电动螺旋桨和第二电动机；

启电一体发动机由供油模块提供燃料能源产生动能，动能用于供给油动螺旋桨产生推力和转化为电能；电能用于驱动第三动力舱产生拉力和为电池模块充电，电池模块用于为第二动力舱供电。

优选的，第一动力舱还包括发动机整流罩，用于减小第一动力舱在飞行过程中受到的阻力。

优选的，第一动力舱通过固定模块安装设置在第一机翼和第二机翼中间，启电一体发动机的转轴与第一机翼的下翼面、第二机翼的上翼面的距离相等。

优选的，第二动力舱还包括第一电机座舱和第一电子调速器，第一电动机与第一电动螺旋桨同轴连接，并通过第一电机座舱连接在第一机翼和第二机翼上，第一电子调速器用于控制第一电动机；

第三动力舱还包括第二电机座舱和第二电子调速器，第二电动机与第二电动螺旋桨同轴连接，并通过第二电机座舱连接在第一机翼和第二机翼上，第二电子调速器用于控制第二电动机。

优选的，供油模块包括第一燃油箱、第二燃油箱和油泵，第一燃油箱和第二燃油箱对称设置在第一机翼内，并通过油泵为启电一体发动机供给燃料能源。

优选的，第一燃油箱和第二燃油箱均为柔性保形油箱，其形状与第一机翼的内部曲线吻合。

优选的，在第一燃油箱和第二燃油箱内部设置有防浪隔板，和/或在第一燃油箱和第二燃油箱内部填充聚氨酯过滤棉，用于减弱在飞行过程中第一燃油箱和第二燃油箱内部燃油的晃动。

优选的，电池模块包括4组电池，均匀分布在第一机翼和第二机翼内。

优选的，电池模块设定有保护电量Q1，电池模块内的电量大于保护电量Q1，则可通过电池模为第二动力舱供电；电池模块内的电量小于保护电量Q1，则可通过启电一体发动机为电池模块充电。

一种分布式多源混合动力无人机的动力系统控制方法，应用于分布式多源混合动力无人机，控制方法包括：

在垂直起降过程中，开启第一动力舱和第二动力舱，供油模块为第一动力舱提供燃油，启电一体发动机驱动油动螺旋桨提供推力；电池模块为第二动力舱提供电能，第一电动机驱动第一电动螺旋桨提供拉力；启电一体发动机发电后，开启第三动力舱，由启电一体发动机发电为第三动力舱提供电能，第二电动机驱动第二电动螺旋桨提供拉力；根据无人机在垂直起降过程中的飞行状态调整第一电动机的拉力输出值；

在平飞巡航过程中，第二动力舱关闭，第一动力舱和第三动力舱保持开启，供油模块为第一动力舱提供燃油，启电一体发动机驱动油动螺旋桨提供推力，并由启电一体发动机发电为第三动力舱提供电能，第二电动机驱动第二电动螺旋桨提供拉力；通过调整第二电动机的拉力输出值，控制无人机的偏航、滚转和姿态；

在充电巡航过程中，第二动力舱关闭，第一动力舱和第三动力舱保持开启，供油模块为第一动力舱提供燃油，启电一体发动机驱动油动螺旋桨提供推力，并由启电一体发动机发电为第三动力舱提供电能，以及为电池模块充电，第二电动机驱动第二电动螺旋桨提供拉力；通过调整第二电动机的拉力输出值，控制无人机的偏航、滚转和姿态。

与现有技术相比，本发明能够取得如下有益效果：

本发明具有更高的能效，将高能量密度的燃油通过螺旋桨直接转化为推进无人机的动力，减少了能量二次转化，提高了燃油利用效率；而传统的串联油电混合系统中，发动机仅作为发电设备，这导致了能量存在多个阶段的转换（燃油转化为机械能，再转化为电能），每次转换都会有能量损失，降低了能效。

本发明在无人机上设置了三种动力舱，实现动力系统的分布式设计，在垂起起降模式中，将推重比高、控制性能好的电动机作为主要推进动力，将燃油作为辅助推进动力；在平飞巡航模式中，将能量密度比能高的燃油发动机作为主要推进动力，将电能作为辅助推进动力，能够充分发挥燃油发动机和电动机各自的优势，真正意义上实现了油电混合，避免了现有设计中将垂起阶段与飞行阶段分开，能量分阶段使用，即垂直起降采用供电系统，平飞巡航采用供油系统的设计。此外，本发明的发动机在飞行过程中始终处于开启状态，不存在空中多次启停的问题，降低了因空中启动失败而造成故障的发生概率，可适用于低温高寒及高海拔场景，安全性和可靠性更高。

附图说明

图1是根据本发明实施例提供的分布式多源混合动力无人机的结构示意图；

图2是根据本发明实施例提供的第一动力舱的结构爆炸图；

图3是根据本发明实施例提供的第二动力舱和第三动力舱的结构爆炸图；

图4是根据本发明实施例提供的供油模块和电池模块的分布示意图；

图5是根据本发明实施例提供的分布式多源混合动力系统控制原理图。

其中的附图标记包括：

第一机翼1、第二机翼2、连接杆3、固定模块4、固定杆401、固定支架402、第一动力舱5、整流罩501、启电一体发动机502、油动螺旋桨503、第二动力舱6、第一电机座舱601、第一电动机602、第一电动螺旋桨603、第一电子调速器604、第三动力舱7、第二电机座舱701、第二电动机702、第二电动螺旋桨703、第二电子调速器704、副翼8、供油模块9、电池模块10。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

如图1所示，本发明实施例提出了一种分布式多源混合动力无人机，包括第一机翼1、第二机翼2、连接杆3、固定模块4和动力系统，其中，第一机翼1和第二机翼2平行设置，并通过两个对称设置在第一机翼1和第二机翼2之间的连接杆3进行固定。如图4所示，动力系统包括1个第一动力舱5、4个第二动力舱6、4个第三动力舱7、供油模块9和电池模块10，第一动力舱5通过固定模块4设置在第一机翼1和第二机翼2的中间，第二动力舱6和第三动力舱7均匀分布在第一机翼1和第二机翼2上。供油模块9用于为动力系统提供燃油能源。电池模块10用于为动力系统提供电能。

其中，第一机翼1和第二机翼2均有多段翼型组合形成，由中间位置向外侧依次分为中翼、过渡段和外翼三个部分，中翼设计为厚翼型，用于提供安装燃油箱、放置载荷及其他主要设备的空间，外翼采用高升力翼型，用于提供无人机所需的升力，过渡段为中翼和外翼的过渡结构，通常采用风阻较低的曲面面形结构。此外，在第一机翼1和第二机翼2的外翼的后侧对称设置有副翼8，副翼8位于的第二动力舱6和第三动力舱7的后方。

连接杆3采用截面为椭圆的空心碳杆，以便减少侧风对偏航力矩的影响。

如图2所示，第一动力舱5包括整流罩501、启电一体发动机502和油动螺旋桨503，其中，整流罩501需要考虑飞行器的整体气动布局进行设计，将整流罩501前端设计为尖端导流面形，使整流罩501完全覆盖启电一体发动机502的迎风面，使其能够更好地引导气流，减少气动阻力。启电一体发动机502位于整流罩501的后方，启电一体发动机502是一种在发动机上集成启动和发电电机的动力机械，其中，启动和发电功能是由同一个无刷电机完成，将无刷电机与发动机同轴安装，并去除减速传动机构，使得启电一体发动机502的整体重量更轻，更适用于无人机。根据不同场景需求选择所需的燃油发动机，启电一体发动机502可采用启电一体航空汽油发动机，也采用启电一体航空重油发动机。启电一体发动机502的输出转轴朝向机体的后方，并与油动螺旋桨503同轴安装，带动油动螺旋桨503旋转，用于提供无人机航行过程中所需的推力。

第一动力舱5通过固定模块4设置在第一机翼1和第二机翼2的中间，且使得启电一体发动机502的输出转轴与第一机翼1的下翼面和第二机翼2的上翼面距离相等，或者双翼间距的二分之一左右。固定模块4主要由2个固定杆401和1个固定支架402构成，固定杆401采用截面为椭圆的空心碳杆，以便减少侧风对偏航力矩的影响。固定支架402经过拓扑优化设计，使其能够保证提供有效强度刚度以及抵抗发动机振动的基础上，降低结构质量，便于在无人机上应用。固定杆401的尺寸可以与连接杆3的尺寸相同或不同。固定支架402通过拉铆固定在2个固定杆401的中间，启电一体发动机502通过螺栓、螺母固定在固定支架402上。在整流罩501上开有通孔，固定杆401穿过整流罩501上的通孔，并与整流罩501连接，固定杆401的上下两端分别固定在第一机翼1和第二机翼2的上翼面和下翼面上。此外，启电一体发动机502的供油管路及供电线路均通过固定杆401与第一机翼1内部的供油模块9和能量管理模块连接。

此外，由于第一动力舱5的侧面积较大，有侧向滑流时，容易产生较大侧向力，因此，将第一动力舱5及固定杆401布置在无人机整机气动焦点附近，使其不对偏航产生负影响，在本实施例中，固定杆401布置在无人机整体重心的后侧。

如图3所示，4个第二动力舱6对称设置在第一机翼1和第二机翼2上，并且在每个第二动力舱6外侧设置一个第三动力舱7。通常情况下，第二动力舱6和第三动力舱7具有相同的组成结构。第二动力舱6由第一电机座舱601、第一电动机602、第一电动螺旋桨603和第一电子调速器604构成；第三动力舱7由第二电机座舱701、第二电动机702、第二电动螺旋桨703和第二电子调速器704构成。其中，第一电机座舱601和第二电机座舱701均朝向无人机前方，通过4点及以上的螺栓安装在第一机翼1和第二机翼2上。第一电动机602和第二电动机702的后端分别固定在第一电机座舱601和第二电机座舱701内，第一电动机602和第二电动机702的前端输出转轴分别与第一电动螺旋桨603和第二电动螺旋桨703同轴连接，通过第一电子调速器604和第二电子调速器704驱动第一电动机602和第二电动机702输出动力，带动第一电动螺旋桨603和第二电动螺旋桨703旋转，提供无人机航行过程中所需的拉力。

在本实施例中，在机翼上仅设置了2组动力舱，根据实际需求、机翼数量和无人机的具体结构，在机翼上也可设置多组动力舱，设置原理和结构与本实施例示出的原理和结构相似。

作为一种优选的实施例，在无人机平飞巡航过程中，由于第一电动螺旋桨603存在不进行旋转的阶段，所以第一电动螺旋桨603和第二电动螺旋桨703通常采用可折叠桨叶，在需要螺旋桨旋转时，将桨叶展开进行旋转；在不需要螺旋桨旋转时，将桨叶折叠，避免桨叶增加无人机的风阻，同时也避免风力驱动桨叶旋转，破坏无人机表面气流，影响无人机航行。而第二电动螺旋桨703在无人机的整个航行过程中不进行旋转的时间相对较少，因此，第二电动螺旋桨703无需采用可折叠桨叶。

如图4所示，供油模块9包括：第一燃油箱、第二燃油箱和油泵，第一燃油箱和第二燃油箱对称设置在第一机翼1的中翼内部位置，并通过油泵向外输出燃油，通过连接管路将第一燃油箱和第二燃油箱连通，并将燃油供给第一动力舱5内启电一体发动机502，由于发明实施例中的无人机，采用油电混合动力系统，在无人机正常飞行的各个阶段，启电一体发动机502始终处于动力输出状态。

具体的，第一燃油箱和第二燃油箱的结构相同，均采用柔性保形油箱，为软体结构，采用与第一机翼1的中翼随形设计，即其形状与第一机翼1的中翼内部曲线吻合，使得第一燃油箱和第二燃油箱装载燃油燃料的同时也能够为第一机翼1提供有效的刚度支撑。第一燃油箱和第二燃油箱的内部设有吸油管和重油锤，保证当飞机做偏航或滚转运动时，吸油管可在重油锤带动下进行等半径摆动以及稳定吸油。此外，第一燃油箱和第二燃油箱的形状经过特别设计，其底部的两端靠后，保证在无摆动情况下，燃油始终聚集在油箱的中后部，从而保障正常吸油。

此外，由于飞行过程中的燃油消耗，会引起无人机的重心变化，因此，需要将第一燃油箱和第二燃油箱布置在无人机重心附近，且需要避免将第一燃油箱和第二燃油箱设计过长，导致耗油过程中重心过度移动。通过这样的布局，在燃油增加或减少时，能够保证整机的重心基本保持不变。

除了燃油消耗会导致无人机重心移动外，无人机在飞行过程中燃油的横向晃动也会导致无人机重心移动，在本发明实施例中通过如下两个方法进行改善：第一，在第一燃油箱和第二燃油箱内部添加防浪隔板，避免燃油产生大幅度晃动冲击，从而减低其对重心的影响。第二，在第一燃油箱和第二燃油箱内部填充特质的聚氨酯过滤棉，既能有效防止燃油晃动，又只占用油箱容积的3%到5%。上述两种方法通常采用其中一种即可，有必要时也可将两种方法结合使用。

电池模块10包括4组电池，并均匀布置在第一机翼1和第二机翼2上，用于为动力系统提供电能。电池的具体位置需依据整机重心进行调整，保证整机重心在合理的稳定裕度之内。

此外，如图5所示，无人机还包括飞行控制模块、能量管理模块和整流器，其中，飞行控制模块设置在第一机翼1内，用于实现无人机在同模式下各部件的动态控制。能量管理模块用于根据负载功率需求和电池模块10的荷电状态控制启电一体发动机502的输出功率，此外，还需接受启电一体发动机502的转速及温度信号，传递给飞行控制模块，并根据供油模块的剩余油量和飞行控制模块输出的控制信号控制启电一体发动机502工作。整流器用于对启电一体发动机502的发电进行整流。

基于上述结构，详述分布式多源混合动力无人机的控制过程如下：

本发明实施例的无人机为分布式油电混合动力系统，其中，供油模块9为无人机的能量源，供油模块9通过管路向第一动力舱5内的启电一体发动机502提供燃料能源产生动能，该部分动能一部分直接通过油动螺旋桨503输出，为无人机飞行提供飞行过程中所需的推力。另一部分进行发电，转化为电能，通过整流器对电流整形后，第一部分提供给飞行控制模块，用于维持无人机控制系统的正常运行；第二部分提供给第三动力舱7，并通过第二电子调速器704控制第二电动机702的输出转速，通过第二电动机702带动第二电动螺旋桨703进行旋转，将电能转化为动能，为无人机飞行提供飞行过程中所需的拉力。第三部分提供给电池模块10进行充电，具体的，电池模块10需要设定保护电量Q1，在飞机启动过程中，无人机的中控系统可根据SOC估计模块，判断电池模块10中的电池是否有足够的电能启动发动机并为第二动力舱6的第一电动机602供电；在平飞巡航过程中，无人机的中控系统根据SOC估计模块实时检测电池模块10中电池电量，当电池电量大于Q1时，启电一体发动机502仅为第三动力舱7的第二电动机702供电；当电池电量小于Q1时，增大启电一体发动机502的供电功率，为第三动力舱的第二电动机702供电的同时，为电池模块10进行低充电倍率充电。

电池模块10内的电能储蓄直接为第二动力舱6进行供电，通过第一电子调速器604控制第一电动机602的输出转速，通过第一电动机602带动第一电动螺旋桨603进行旋转，将电能转化为动能，为无人机飞行提供飞行过程中所需的拉力。

基于上述无人机结构和系统，本发明实施例还提供了一种应用于上述分布式多源混合动力无人机的动力系统控制方法，根据无人机的不同飞行模式，对动力系统中的第一动力舱5、第二动力舱6和第三动力舱7进行精准控制，无人机的正常飞行模式主要包括垂直起降模式、平飞巡航模式和充电巡航过程，此外，为了应对突发状况，本发明实施例还单独研究了突发应急模式。针对上述4种飞行模式的具体控制情况如下：

在垂直起降模式下，无人机的飞行状态变化较为频繁，对于控制精度要求较高，因此，将第二动力舱6中推重比高、控制性能好的第一电动机602作为主要的直接推进动力，将第一动力舱5中的启电一体发动机502和第三动力舱7中的第二电动机702作为辅助推进动力，具体的，无人机首先开启第一动力舱5和第二动力舱6，通过供油模块9为启电一体发动机502提供燃料能源，使启电一体发动机502驱动油动螺旋桨503产生推力；通过电池模块10为第一电动机602提供电能，使第一电动机602驱动第一电动螺旋桨603产生垂直起降模式中主要的拉力。在第一动力舱5启动后，启电一体发动机502能够稳定发电时，启动第三动力舱7，通过启电一体发动机502直接为第二电动机702提供电能，通过第二电动机702驱动第二电动螺旋桨703产生辅助拉力。

在平飞巡航模式下，无人机的飞行状态变化相对较少，并且通常平飞巡航的时间远大于垂直起降的时间需要降低该过程中能量损耗，尽可能避免能量的多次转化，因此，本发明实施例将能量密度比能高的燃油直接作为主要推进动力，将电能作为辅助推进动力，具体的，第二动力舱6处于关闭状态，第一电动螺旋桨603处于折叠状态。而第一动力舱5和第三动力舱7保持开启，通过供油模块9为第一动力舱5提供燃油，启电一体发动机502驱动油动螺旋桨503提供推力，该推力为平飞巡航过程中的主要动力，因此，在平飞巡航过程中主要能量转化为：燃油的化学能直接转化为无人机飞行所需的动能，与此同时，启电一体发动机502也进行发电，为第三动力舱7提供电能，第二电动机702驱动第二电动螺旋桨703提供辅助拉力，通过调整第二电动机702的拉力输出值，控制无人机姿态。此外，在该过程中，也可启动第二动力舱6进行辅助控制无人机航行的偏航、滚转和姿态。

在充电巡航模式下，随着无人机的飞行，电池模块10中的电池电量会不断降低，当电池模块10中电池能量低于设定的保护电量Q1时，需要对电池模块10进行通电，具体的，第二动力舱6处于关闭状态。第一动力舱5和第三动力舱7保持开启，通过供油模块9为第一动力舱5提供燃油，启电一体发动机502驱动油动螺旋桨503提供推力，该推力仍为充电巡航过程中的主要动力，与此同时，启电一体发动机502也进行发电，并相对于平飞巡航模式，增大了发电输出，产生的电能一部分为第三动力舱7提供电能，第二电动机702驱动第二电动螺旋桨703提供辅助拉力，通过调整第二电动机702的拉力输出值，控制无人机的偏航、滚转和姿态。另一部分为电池模块10进行低倍率充电。

在突发应急模式下，当启电一体发动机502发生空中故障时，第二动力舱6和第三动力舱7启动，由电池模块10提供电能，迅速转换降落。

通过以上四种工作模式的合理配置，使得飞机在大部分飞行过程中，启电一体发动机502、第一电动机602和第二电动机702均可在理想区间内运行，并且启电一体发动机502在所有过程中始终处于开启状态，不存在传统垂直起降无人机在飞行过程中，油动发动机存在多次启停的问题，降低了运行风险，在长航时的平飞巡航模式下，通过启电一体发动机502直接输出推力作为主要动力，直接将燃油的化学能转化为无人机飞行所需的推力，能量转化过程少，减少能量二次转化，降低了能量转化过程中的能量损耗，提高了燃油利用效率，从而获得了优于传统垂直起降无人机的航时特性。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种分布式多源混合动力无人机，其特征在于，包括：两个平行设置的第一机翼、第二机翼和动力系统；

其中，所述第一机翼和所述第二机翼之间设置有连接杆，用于固定所述第一机翼和所述第二机翼；

所述动力系统包括第一动力舱、第二动力舱、第三动力舱、供油模块和电池模块，所述第一动力舱设置在所述第一机翼和所述第二机翼中间，包括启电一体发动机和油动螺旋桨，所述油动螺旋桨连接在所述启电一体发动机的后端；所述第二动力舱对称设置在所述第一机翼和所述第二机翼上，且在每个第二动力舱外侧均设有所述第三动力舱；

所述第二动力舱包括第一电动螺旋桨和第一电动机；

所述第三动力舱包括第二电动螺旋桨和第二电动机；

所述启电一体发动机由所述供油模块提供燃料能源产生动能，所述动能用于供给所述油动螺旋桨产生推力和转化为电能；所述电能用于驱动所述第三动力舱产生拉力和为所述电池模块充电，所述电池模块用于为所述第二动力舱供电。

2.如权利要求1所述的分布式多源混合动力无人机，其特征在于，所述第一动力舱还包括发动机整流罩，用于减小所述第一动力舱在飞行过程中受到的阻力。

3.如权利要求1所述的分布式多源混合动力无人机，其特征在于，所述第一动力舱通过固定模块安装设置在所述第一机翼和所述第二机翼中间，所述启电一体发动机的转轴与所述第一机翼的下翼面、所述第二机翼的上翼面的距离相等。

4.如权利要求1所述的分布式多源混合动力无人机，其特征在于，所述第二动力舱还包括第一电机座舱和第一电子调速器，所述第一电动机与所述第一电动螺旋桨同轴连接，并通过所述第一电机座舱连接在所述第一机翼和所述第二机翼上，所述第一电子调速器用于控制所述第一电动机；

所述第三动力舱还包括第二电机座舱和第二电子调速器，所述第二电动机与所述第二电动螺旋桨同轴连接，并通过所述第二电机座舱连接在所述第一机翼和所述第二机翼上，所述第二电子调速器用于控制所述第二电动机。

5.如权利要求1所述的分布式多源混合动力无人机，其特征在于，所述供油模块包括第一燃油箱、第二燃油箱和油泵，所述第一燃油箱和所述第二燃油箱对称设置在所述第一机翼内，并通过所述油泵为所述启电一体发动机供给燃料能源。

6.如权利要求5所述的分布式多源混合动力无人机，其特征在于，所述第一燃油箱和所述第二燃油箱均为柔性保形油箱，其形状与所述第一机翼的内部曲线吻合。

7.如权利要求6所述的分布式多源混合动力无人机，其特征在于，在所述第一燃油箱和所述第二燃油箱内部设置有防浪隔板，和/或在所述第一燃油箱和所述第二燃油箱内部填充聚氨酯过滤棉，用于减弱在飞行过程中所述第一燃油箱和所述第二燃油箱内部燃油的晃动。

8.如权利要求1所述的分布式多源混合动力无人机，其特征在于，所述电池模块包括4组电池，均匀分布在所述第一机翼和所述第二机翼内。

9.如权利要求1所述的分布式多源混合动力无人机，其特征在于，所述电池模块设定有保护电量Q1，所述电池模块内的电量大于保护电量Q1，则可通过所述电池模为所述第二动力舱供电；所述电池模块内的电量小于保护电量Q1，则可通过所述启电一体发动机为所述电池模块充电。

10.一种分布式多源混合动力无人机的动力系统控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1至9任意一项所述的分布式多源混合动力无人机，控制方法包括：

在垂直起降过程中，开启所述第一动力舱和所述第二动力舱，所述供油模块为所述第一动力舱提供燃油，所述启电一体发动机驱动所述油动螺旋桨提供推力；所述电池模块为所述第二动力舱提供电能，所述第一电动机驱动所述第一电动螺旋桨提供拉力；所述启电一体发动机发电后，开启所述第三动力舱，由所述启电一体发动机发电为所述第三动力舱提供电能，所述第二电动机驱动所述第二电动螺旋桨提供拉力；根据无人机在垂直起降过程中的飞行状态调整所述第一电动机的拉力输出值；

在平飞巡航过程中，所述第二动力舱关闭，所述第一动力舱和所述第三动力舱保持开启，所述供油模块为所述第一动力舱提供燃油，所述启电一体发动机驱动所述油动螺旋桨提供推力，并由所述启电一体发动机发电为所述第三动力舱提供电能，所述第二电动机驱动所述第二电动螺旋桨提供拉力；通过调整所述第二电动机的拉力输出值，控制无人机的偏航、滚转和姿态；

在充电巡航过程中，所述第二动力舱关闭，所述第一动力舱和所述第三动力舱保持开启，所述供油模块为所述第一动力舱提供燃油，所述启电一体发动机驱动所述油动螺旋桨提供推力，并由所述启电一体发动机发电为所述第三动力舱提供电能，以及为电池模块充电，所述第二电动机驱动所述第二电动螺旋桨提供拉力；通过调整所述第二电动机的拉力输出值，控制无人机的偏航、滚转和姿态。