混合动力无人直升机能量控制系统及具其的直升机技术方案

本发明专利技术公开了一种混合动力无人直升机能量控制系统及具有其的直升机，其中，该控制系统包括能量管理系统和与能量管理系统分别相连的发动机、起发一体电机和机载电池；当直升机飞行需用功率小时，能量管理系统控制起发一体电机处于发电状态，将发动机富余的机械能通过起发一体电机转换成电能，以用于机载用电设备的运行或/和存储于机载电池中；当直升机飞行需用功率大时，能量管理系统控制起发一体电机处于电动状态，以使起发一体电机将机载电池中存储的电能转化成机械能并与发动机输出的机械能共同满足直升机飞行。该控制系统可以降低对直升机的发动机的最大功率需求，同时在高原飞行时，也可以在一定程度上弥补发动机的功率损失。

Energy Control System of Hybrid Unmanned Helicopter and Its Helicopter

【技术实现步骤摘要】
混合动力无人直升机能量控制系统及具其的直升机
本专利技术涉及航空
，尤其涉及一种混合动力无人直升机能量控制系统及具其的直升机。
技术介绍
无人直升机的升限主要由发动机的高原性能决定，目前为保证无人直升机满足高原飞行的需求，通常采用增加发动机在高海拔地区的输出功率的方法，如电子涡轮增压、废弃涡轮增压等，即通过增加发动机的进气压力，降低发动机在高海拔环境下的输出功率衰减。但是，传统方法存在一些客观问题：第一、通常小型无人直升机使用的发动机多为活塞式发动机，在海拔较高的区域由于空气稀薄，发动机的功率下降明显，从而导致无人直升机在高原地区的有效载荷明显降低；第二、使用电子涡轮增压改善发动机的高原性能可以在一定程度上提高发动机的输出功率进而提高无人直升机在高原的起飞重量，由于电子增压器自身功耗较高，同样需要消耗一部分发动机功率；第三、使用废弃涡轮增压的方案也可以改善发动机的高原性能，然而废弃涡轮增压包含了废气涡轮、中冷器等装置，体积和重量均较大，为保证这些装置的安装，会增加直升机的空机重量，在一定程度上在高原上所增加的升力一部分用于增加废弃涡轮装置增加的重量；第三、所有的改装方案均需要对无人直升机使用的发动机进行改装以及ECU进行重新标定，工作量较大。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种混合动力无人直升机能量控制系统，该控制系统可以降低对直升机的发动机的最大功率需求，同时在高原飞行时，也可以在一定程度上弥补发动机的功率损失。根据本专利技术实施例的混合动力无人直升机能量控制系统，包括：能量管理系统和与所述能量管理系统分别相连的发动机、起发一体电机和机载电池；当所述直升机飞行需用功率小时，所述能量管理系统控制所述起发一体电机处于发电状态，将所述发动机富余的机械能通过所述起发一体电机转换成电能，以用于机载用电设备的运行或/和存储于所述机载电池中；当所述直升机飞行需用功率大时，所述能量管理系统控制所述起发一体电机处于电动状态，以使所述起发一体电机将所述机载电池中存储的电能转化成机械能并与所述发动机输出的机械能共同满足所述直升机飞行。根据本专利技术实施例的混合动力无人直升机能量控制系统直升机处于需用功率小的飞行状态时，例如直升机在巡航前飞时，通过能量管理系统控制起发一体电机处于发电状态，使得发动机的输出功率一部分用于满足直升机飞行需求，发动机的输出功率富余部分可以通过起发一体电机转换成电能，用于机载用电设备的运行或/和存储于机载电池中。直升机处于需用功率大的飞行状态时，例如，直升机小速度前飞或悬停时，通过能量管理系统控制起发一体电机处于电动状态，以使起发一体电机将机载电池中存储的电能转化成机械能并与发动机输出的机械能共同满足直升机飞行。由此，可以降低对直升机的发动机的最大功率需求，同时在高原飞行时，也可以在一定程度上弥补发动机的功率损失。据本专利技术实施例的混合动力无人直升机能量控制系统具有如下的优点：第一、直升机在高海拔地区飞行时，通过使用起发一体电机将电能转换为机械能，在一定程度上可以弥补发动机的功率损失，提高海拔地区直升机任务载荷。第二、直升机的主旋翼实际最大输入功率等于发动机最大输出功率和起发一体电机的最大电动功率，可以提高直升机的起飞重量。第三，相比纯电动直升机，在巡航前飞阶段使用发动机作为直升机的动力源，可以有效提高直升机的航时。第四、由于机载电池储存的电能只用于直升机起降、悬停等飞行状态下作为发动机的补偿，该飞行状态持续时间较短，因此增加的机载电池容量较低。根据本专利技术的一个实施例，所述能量管理系统包括发动机节气门开度检测模块、控制模块和起发一体电机驱动与稳压模块；所述发动机节气门开度检测模块实时检测所述发动机的节气门开度信息，判断所述发动机的输出功率是否富余；所述控制模块根据所述节气门开度信息和所述控制模块监测到的所述直升机的飞行状态信息来决定能量传递方式，并给出所述发动机的转速控制方式；所述起发一体电机驱动与稳压模块根据所述控制模块给出的所述发动机的所述转速控制方式，控制所述起发一体电机处于发电状态或电动状态。根据本专利技术进一步的实施例，所述发动机的所述转速控制方式具体为：所述控制模块调整所述发动机的节气门开度，使所述发动机及主旋翼以额定转速工作，或者所述起发一体电机驱动与稳压模块调整所述起发一体电机的工作状态使所述发动机及所述主旋翼以额定转速工作。根据本专利技术再进一步的实施例，所述能量传递方式按如下方式进行：所述发动机节气门开度检测模块通过检测所述发动机的节气门开度来判断所述发动机的输出功率是否满足所述直升机当前飞行需求，当所述发动机的输出功率满足所述直升机当前飞行需求时，通过所述控制模块调所述发动机的节气门开度，来改变所述发动机的输出功率以维持所述发动机及所述主旋翼以额定转速工作；同时，所述起发一体电机驱动与稳压模块控制所述起发一体电机处于发电状态，将所述发动机富余的机械能通过所述起发一体电机转换成电能，以用于所述机载用电设备的运行或/和存储于所述机载电池中；当所述发动机节气门开度检测模块检测到所述发动机的节气门开度达到设定阈值时，所述起发一体电机驱动与稳压模块控制所述起发一体电机处于发电或电动状态，以维持所述发动机及所述主旋翼以额定转速工作。根据本专利技术再进一步的实施例，当节气门开度达到设定阈值时，所述控制模块控制所述发动机的节气门开度不变，通过所述起发一体电机驱动与稳压模块减小所述起发一体电机的发电功率，以维持所述发动机及所述主旋翼以额定转速工作。根据本专利技术再进一步的实施例，所述发电功率大于零时，所述机载用电设备的供电由所述发动机带动所述起发一体电机和所述机载电池共同提供。根据本专利技术再进一步的实施例，所述发电功率等于零时，所述起发一体电机处于非工作状态，所述发动机的输出功率全部提供给所述直升机的所述主旋翼，用于提供升力，所述机载电池向所述机载用电设备供电。根据本专利技术再进一步的实施例，当所述节气门开度达到设定阈值，且所述发动机的全部输出功率不能满足所述直升机当前飞行时，所述起发一体电机驱动与稳压模块控制所述起发一体电机处于电动状态，以维持所述发动机及所述主旋翼以额定转速工作。根据本专利技术进一步的实施例，所述控制模块还处置所述直升机的飞行状态的异常状况。根据本专利技术再进一步的实施例，当所述控制模块监测到所述混合动力无人直升机能量控制系统的总输出功率不足而无法满足所述直升机的起飞要求，所述直升机原地降落以结束起飞。根据本专利技术再进一步的实施例，当所述直升机处于定速巡航前飞，且所述起发一体电机驱动与稳压模块控制所述起发一体电机处于发电状态时，当所述控制模块监测到所述机载电池处于非充电状态时，所述控制模块发出所述机载电池的充电异常报警信息，由飞控系统决定所述直升机是否返航降落或原地降落。根据本专利技术再进一步的实施例，当所述直升机即将完成飞行任务时，所述控制模块监测所述机载电池的电量，当所述机载电池的电量较低时，所述控制模块发出所述机载电池的低电量报警信息，以使所述直升机继续保持前飞速度进行盘旋，来降低所述主旋翼需要功率，使用所述发动机的剩余功率为所述机载电池充电；当所述机载电池的电量满足降落需求后，所述直升机进入降落状态。本专利技术还提出一种具有如上述任意一实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混合动力无人直升机能量控制系统，其特征在于，包括：能量管理系统和与所述能量管理系统分别相连的发动机、起发一体电机和机载电池；当所述直升机飞行需用功率小时，所述能量管理系统控制所述起发一体电机处于发电状态，将所述发动机富余的机械能通过所述起发一体电机转换成电能，以用于机载用电设备的运行或/和存储于所述机载电池中；当所述直升机飞行需用功率大时，所述能量管理系统控制所述起发一体电机处于电动状态，以使所述起发一体电机将所述机载电池中存储的电能转化成机械能并与所述发动机输出的机械能共同满足所述直升机飞行。

【技术特征摘要】
1.一种混合动力无人直升机能量控制系统，其特征在于，包括：能量管理系统和与所述能量管理系统分别相连的发动机、起发一体电机和机载电池；当所述直升机飞行需用功率小时，所述能量管理系统控制所述起发一体电机处于发电状态，将所述发动机富余的机械能通过所述起发一体电机转换成电能，以用于机载用电设备的运行或/和存储于所述机载电池中；当所述直升机飞行需用功率大时，所述能量管理系统控制所述起发一体电机处于电动状态，以使所述起发一体电机将所述机载电池中存储的电能转化成机械能并与所述发动机输出的机械能共同满足所述直升机飞行。2.根据权利要求1所述的混合动力无人直升机能量控制系统，其特征在于，所述能量管理系统包括发动机节气门开度检测模块、控制模块和起发一体电机驱动与稳压模块；所述发动机节气门开度检测模块实时检测所述发动机的节气门开度信息，判断所述发动机的输出功率是否富余；所述控制模块根据所述节气门开度信息和所述控制模块监测到的所述直升机的飞行状态信息来决定能量传递方式，并给出所述发动机的转速控制方式；所述起发一体电机驱动与稳压模块根据所述控制模块给出的所述发动机的所述转速控制方式，控制所述起发一体电机处于发电状态或电动状态。3.根据权利要求2所述的混合动力无人直升机能量控制系统，其特征在于，所述发动机的所述转速控制方式具体为：所述控制模块调整所述发动机的节气门开度，使所述发动机及主旋翼以额定转速工作，或者所述起发一体电机驱动与稳压模块调整所述起发一体电机的工作状态使所述发动机及所述主旋翼以额定转速工作。4.根据权利要求3所述的混合动力无人直升机能量控制系统，其特征在于，所述能量传递方式按如下方式进行：所述发动机节气门开度检测模块通过检测所述发动机的节气门开度来判断所述发动机的输出功率是否满足所述直升机当前飞行需求，当所述发动机的输出功率满足所述直升机当前飞行需求时，通过所述控制模块调所述发动机的节气门开度，来改变所述发动机的输出功率以维持所述发动机及所述主旋翼以额定转速工作；同时，所述起发一体电机驱动与稳压模块控制所述起发一体电机处于发电状态，将所述发动机富余的机械能通过所述起发一体电机转换成电能，以用于所述机载用电设备的运行或/和存储于所述机载电池中；当所述发动机节气门开度检测模块检测到所述发动机的节气门开度达到设定阈值时，所述起发一体电机驱动与稳压模块控制所述起发一体电机处于发电或电动状态，以维持所述发动机及...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜辰，王浩文，孙帆，张玉文，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11