油电混合动力系统及具有其的垂直起降飞行汽车技术方案

本发明专利技术公开了一种油电混合动力系统及具有其的垂直起降飞行汽车，该油电混合动力系统包括设置于迎风面的进气道及与进气道连通用于对经进气道进入的空气进行增压的增压系统；增压系统包括压气机，压气机的入口连通进气道的出口，压气机的出口连通燃气发生器的气流入口，燃气发生器上设有燃料进口及多个燃气出口，多个燃气出口分别经燃气管道连通至多个涡轮风扇推力器，多个涡轮风扇推力器用于给飞行器的起降提供升力和/或调节飞行器的飞行姿态；油电混合动力系统还包括用于提供驱动力的电机及供电给电机的电池模块，电机经切换装置连接压气机和/或地面行驶机构，以实现驱动地面行驶机构与驱动压气机间的切换控制。

【技术实现步骤摘要】
油电混合动力系统及具有其的垂直起降飞行汽车
本专利技术涉及汽车发动机领域，特别地，涉及一种油电混合动力系统。此外，本专利技术还涉及一种包括上述油电混合动力系统的垂直起降飞行汽车。
技术介绍
汽车是目前人们出行最主要的交通方式，但是常用的小汽车只能在修建的道路上行驶，遇到道路障碍或者无路可走时，驾驶员往往束手无策。飞行汽车既可以在道路上行驶，也可以在空中飞行，是解决道路障碍、边远地区交通和未来城市三维交通问题的有力工具，具有广阔的发展前景。1917年，美国格伦·柯蒂斯专利技术了第一辆飞行汽车AutoPlane，在普通汽车顶部增加了翼展12.3米的双层翼，车尾安装4叶片螺旋桨，采用8缸活塞式内燃机动力，但未能实现飞行。此后几十年，随着汽车技术与航空技术的发展，很多人进行了尝试，如：沃尔多·沃特曼(1937)、莫尔顿·泰勒(1949)、保罗·莫勒(1991)。虽然汽车飞起来了，但都未能获得商业成功。2006年，荷兰PAL-V公司推出了一款名为Liberty的三轮飞行概念汽车，2009～2012年进行了飞行测试，目前已进入商业量产阶段。该车在车顶安装了可折叠收放的螺旋桨，在道路行驶时螺旋桨紧固在车顶；需要飞行时，展开螺旋桨、尾桨和尾翼即变身为直升飞机。2009年3月，美国Terrafugia公司制造的2座飞行汽车“Transition”实现了首飞。该车的双侧下单翼可竖直折叠在车门附近，采用一台功率73.5kW的四缸活塞发动机做动力，驱动尾部螺旋桨进行水平起降，车重440kg。2012年该公司推出了新一代4座飞行概念汽车TF-X，采用一台300马力活塞发动机和分布式电池作为混合动力。需要飞行时，车身两侧的可折叠机翼象鸟的翅膀一样展开，安装在机翼末端的两台电动倾转旋翼发动机工作，以实现垂直起降，但是电机功率超过兆瓦。巡航飞行时，机翼上的电动旋翼停止工作并收起旋翼叶片，活塞发动机驱动车尾的涵道风扇提供推力，同时带动发动机给电池充电。2013年9月，斯洛伐克的AeroMobil公司试飞了一款2座飞行汽车“空中移动”。该车采用钢制框架和碳纤维复合材料外壳，流线型驾驶舱，重量450kg。安装在车顶的水平机翼可朝车后方向旋转，两翼合并形成平面车顶，车尾安装有螺旋桨。该车采用活塞发动机做动力，在地面行驶时发动机驱动车轮前进，飞行时通过传动轴驱动车尾的螺旋桨推进，只需200米跑道即可水平起飞。2017年该公司推出“空中移动”3.0商业版，续航达750km。以色列的城市航空公司(UrbanAeronautics)公开了一款适用于城市飞行的垂直起/降飞行汽车X-Hawk。在前/后车身部各安装了一台涵道螺旋桨以产生升力，涵道进/出口有叶片方向可调的百叶窗，可以改变升力大小和方向。在车尾上部安装两台小型涵道螺旋桨提供水平推力。采用两台TBD涡轴发动机提供动力，单台最大功率1640kW，最大飞行速度259km/h，最大起飞重量4173kg。国内西安美联航空技术有限公司推出了一款2座四轮底盘的飞行汽车模型，在车顶和车尾安装螺旋桨，采用航空活塞发动机作为动力。中航工业直升机所也公开展示了一款六旋翼飞行汽车模型。2017年，广州亿航智能驾驶有限公司推出了世界第一辆全电动、4旋翼、自动驾驶载人飞行器“亿航-184”。从飞行汽车的发展历程看，主要分为水平起降和垂直起降两大类。水平起降需要一定长度的跑道，垂直起降则需要大功率发动机。很显然，垂直起降的适用性更强，是未来发展趋势。飞行汽车采用的动力系统主要有三类：一种是采用活塞式内燃机驱动螺旋桨作为飞行动力，但是活塞发动机的功率/重量比低，要实现垂直起飞很困难。一种是采用航空涡轴发动机驱动螺旋桨或者涵道风扇作为飞行动力，这是传统直升机的发展思路。第三种是采用电机驱动多个旋翼作为动力，这是未来最有前景的发展方向。近年来，随着电池储能技术的快速发展，已有多种电动旋翼的小型飞行器、载人飞行器产品，纯电力驱动的汽车已进入商业量产阶段。但由于目前电池的储能密度还远远低于燃油，垂直起降的纯电动飞行汽车还难以实现。
技术实现思路
本专利技术提供了一种油电混合动力系统及具有其的垂直起降飞行汽车，以解决垂直起飞/降落需要大升力而依靠纯电力的电池功率不足问题，避免采用涡轴发动机驱动螺旋桨噪声大、安全性差等技术问题。本专利技术采用的技术方案如下：根据本专利技术的一个方面，提供一种油电混合动力系统，用于给飞行器提供驱动力，该油电混合动力系统包括设置于迎风面的进气道及与进气道连通用于对经进气道进入的空气进行增压的增压系统；增压系统包括压气机，压气机的入口连通进气道的出口，压气机的出口连通燃气发生器的气流入口，燃气发生器上设有燃料进口及多个燃气出口，多个燃气出口分别经燃气管道连通至多个涡轮风扇推力器，多个涡轮风扇推力器用于给飞行器的起降提供升力和/或调节飞行器的飞行姿态；油电混合动力系统还包括用于提供驱动力的电机及供电给电机的电池模块，电机经切换装置连接压气机和/或地面行驶机构，以实现驱动地面行驶机构与驱动压气机间的切换控制。进一步地，多个涡轮风扇推力器包括设置于飞行器中轴线上且靠近尾端的主涡轮风扇推力器及对称设置于飞行器中轴线两侧的两个辅助涡轮风扇推力器，各涡轮风扇推力器对应的燃气管道上均设置用于调节燃气流量的燃气调节器。进一步地，电机、切换装置及压气机共轴设置，均位于飞行器的中轴线上。进一步地，电池模块包括多个蓄电电池组，多个蓄电电池组对称分布于飞行器上。进一步地，主涡轮风扇推力器设置于旋转推力架上，旋转推力架连接用于控制其旋转角度的驱动机构。进一步地，涡轮风扇推力器包括涡轮、风扇及连接二者的转轴，涡轮、风扇及转轴经支座固定于涵道管的管壁上。进一步地，燃气管道延伸进入涵道管内，燃气管道依次经燃气集气腔、燃气喷管连通涡轮，涡轮的出口设置用于对涡轮废气进行膨胀做功的涡轮尾罩。进一步地，涡轮风扇推力器上还设置用于将涡轮的动力转换为电能以给电池模块充电的发电机，发电机的电机转子固定于转轴上，发电机的电机定子固定于支座上。进一步地，支座的外侧设置整流蒙皮和/或风扇的风扇盘上设置用于对进入涵道管内的来流进行引流的整流锥。根据本专利技术的另一方面，还提供一种垂直起降飞行汽车，包括车体，车体上设置上述的油电混合动力系统。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术油电混合动力系统及具有其的垂直起降飞行汽车，其包括供电的电池模块及由燃料化学能驱动的燃气发生器，采用由电机驱动的压气机对空气进行压缩后，再经燃气发生器产生高压燃气，进而通过多个涡轮风扇推力器实现飞行器的升力控制，可以实现汽车的垂直起飞和降落，且可以切换至电力驱动模式，完全满足城市道路交通要求，由于没有外露的旋转部件，比采用螺旋桨的动力方案安全性高，产生的噪音小，更适合在城市和紧密的自然环境中飞行；此外，本专利技术压气机、燃气发生器、涡轮风扇推力器相对独立，分布式布置，与航空涡轴发动机相比，解除了压气机、燃烧室、涡轮之间的强耦合关系，结构简单，推力调节控制更容易实现。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本专利技术作进一步详细的说明。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种油电混合动力系统，用于给飞行器提供驱动力，其特征在于，所述油电混合动力系统包括设置于迎风面的进气道(1)及与所述进气道(1)连通用于对经所述进气道(1)进入的空气进行增压的增压系统；所述增压系统包括压气机(4)，所述压气机(4)的入口连通所述进气道(1)的出口，所述压气机(4)的出口连通燃气发生器(5)的气流入口，所述燃气发生器(5)上设有燃料进口及多个燃气出口，所述多个燃气出口分别经燃气管道(6)连通至多个涡轮风扇推力器(8)，所述多个涡轮风扇推力器(8)用于给所述飞行器的起降提供升力和/或调节所述飞行器的飞行姿态；所述油电混合动力系统还包括用于提供驱动力的电机(3)及供电给所述电机(3)的电池模块，所述电机(3)经切换装置连接所述压气机(4)和/或地面行驶机构，以实现驱动所述地面行驶机构与驱动所述压气机(4)间的切换控制。

【技术特征摘要】
1.一种油电混合动力系统，用于给飞行器提供驱动力，其特征在于，所述油电混合动力系统包括设置于迎风面的进气道(1)及与所述进气道(1)连通用于对经所述进气道(1)进入的空气进行增压的增压系统；所述增压系统包括压气机(4)，所述压气机(4)的入口连通所述进气道(1)的出口，所述压气机(4)的出口连通燃气发生器(5)的气流入口，所述燃气发生器(5)上设有燃料进口及多个燃气出口，所述多个燃气出口分别经燃气管道(6)连通至多个涡轮风扇推力器(8)，所述多个涡轮风扇推力器(8)用于给所述飞行器的起降提供升力和/或调节所述飞行器的飞行姿态；所述油电混合动力系统还包括用于提供驱动力的电机(3)及供电给所述电机(3)的电池模块，所述电机(3)经切换装置连接所述压气机(4)和/或地面行驶机构，以实现驱动所述地面行驶机构与驱动所述压气机(4)间的切换控制。2.根据权利要求1所述的油电混合动力系统，其特征在于，所述多个涡轮风扇推力器(8)包括设置于所述飞行器中轴线上且靠近尾端的主涡轮风扇推力器及对称设置于所述飞行器中轴线两侧的两个辅助涡轮风扇推力器，各涡轮风扇推力器(8)对应的燃气管道(6)上均设置用于调节燃气流量的燃气调节器(7)。3.根据权利要求1所述的油电混合动力系统，其特征在于，所述电机(3)、所述切换装置及所述压气机(4)共轴设置，均位于所述飞行器的中轴线上。4.根据权利要求1所述的油电混合动力系统，其特征在于，所述电池模块包括多个蓄电电池组(10)，所述多个蓄电电池组...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘卫东，刘世杰，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43