一种多推进模式的混合动力无人机制造技术

本发明专利技术实施例公开了一种多推进模式的混合动力无人机，涉及无人机技术领域，能够提高无人机的动力性、经济性以及续航里程。本发明专利技术包括：机身6、机翼8、尾撑杆10以及尾翼11，其中机身6安装集成启动/发电一体化电机‑ISG电机1、电磁离合器2、发动机3、辅助电机4、小螺旋桨5、动力电池7以及主螺旋桨9。该无人机可实现发动机动力与电池动力的混合，根据无人机所处工况，采用不同的推进工作模式，包括并联混合推进模式、纯电模式以及串联发电模式等，可有效提高无人机的动力性、经济性以及续航里程。本发明专利技术适用于混合动力无人机。

A Hybrid Unmanned Aerial Vehicle with Multiple Propulsion Modes

The embodiment of the invention discloses a hybrid UAV with multiple propulsion modes, which relates to the technical field of UAV and can improve the power, economy and endurance of the UAV. The invention comprises: fuselage 6, wing 8, tail brace 10 and tail 11, in which fuselage 6 is equipped with integrated start/power integrated motor ISG motor 1, electromagnetic clutch 2, engine 3, auxiliary motor 4, small propeller 5, power battery 7 and main propeller 9. The UAV can realize the hybrid of engine power and battery power. According to the UAV's working conditions, different propulsion modes, including parallel hybrid propulsion mode, pure electric mode and series power generation mode, can effectively improve the power, economy and endurance of the UAV. The invention is suitable for hybrid UAV.

【技术实现步骤摘要】
一种多推进模式的混合动力无人机
本专利技术涉及无人机
，尤其涉及一种多推进模式的混合动力无人机。
技术介绍
随着国家对通用航空产业的政策开放和鼓励发展，无人机技术在军事及民用领域应用越来越广泛，一大批具有相当制造规模的无人机制造企业不断涌现，无人机技术在国家、企业以及市场的共同推动下高歌猛进。目前市面上的无人机主要通过动力形式划分为动力电池无人机和燃油发动机无人机。这两种形式的动力方案，都存在一些固有的缺陷，比如：采用电池组形式为电动机供电，这是多数无人机采用的动力模式，飞行控制响应快，功率密度大，但是动力电池(如常用的锂电池等)能量密度较低，无论机身如何减重，无人机续航里程差；燃油发动机功率密度大，无人机续航里程较长，但是飞机控制响应较慢，尤其是在平飞阶段，发动机工作效率低，燃油经济性差。因此，在动力电池技术获得突破之前，业内也开始着手研发燃油发电机+动力电池供电的无人机，目前也出现了一些实验性的产品，比如：a)使用燃油发动机作为主动力，锂电池作为辅助动力，在无人机队功率要求较低条件下辅助动力，可在一定程度上提高续航能力，但是油电动力不能互为备份，约束其续航能力的提高，经济性也不高；b)燃油发电机与动力电池串联，由发动机产生电力为动力电池充电，由动力电池为无人机提供动力，这显著提高了无人机的续航里程，但是无人机动力性存在不足。此外，现有的无人机燃油发动机大多需要拉绳启动，可靠性和实用性也有待提高。因此，现有的燃油发电机+动力电池供电的方案，在无人机的动力性、经济性以及续航里程等重要指标上依旧难以平衡，需要进一步提高和优化。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供一种多推进模式的混合动力无人机，基于混合动力无人机，根据无人机所处工况，采用不同的推进工作模式，包括并联混合推进模式、纯电模式以及串联发电模式等，可有效提高无人机的动力性、经济性以及续航里程。为达到上述目的，本专利技术的实施例采用如下技术方案：一方面，本专利技术的实施例提供的多推进模式的混合动力无人机，无人机机身6、机翼5、尾撑杆10以及尾翼11，其中机身6安装ISG电机1、电磁离合器2、发动机3、辅助电机4、小螺旋桨5、动力电池7以及主螺旋桨9。所述无人机机身连接机翼、尾撑杆以及尾翼，通过机翼以及尾翼上的扰流板对无人机飞行姿态进行调控，实现无人机转向、俯仰，翻滚等操作。所述无人机装有五个动力源，四个小螺旋桨及辅助电机分布在机翼两侧，主螺旋桨安装在机身尾部。机身中段放置发动机、ISG电机、动力电池等根据飞机重心来确定位置。所述机身安装的ISG电机，ISG电机一端通过电磁离合器2-1与发动机曲轴输出端进行连接，当电磁离合器2-1连接时，ISG电机转子与发动机曲轴输出端连接；ISG电机另一端通过电磁离合器2-2与主螺旋桨进行连接，当电磁离合器2-2连接时，ISG电机转子与主螺旋桨连接。所述动力电池通过电路分别与四个辅助电机以及ISG电机连接。动力电池为辅助电机提供电能，驱动小螺旋桨为无人机提供一部分动力。进一步地，所述混合动力无人机，其推进模式包括并联混合推进模式。在此模式下，动力电池与发动机同时为无人机提供动力，适用于无人机起飞爬升阶段以及高空全负荷爬升阶段。进一步地，所述混合动力无人机，其推进模式包括纯电模式。在此模式下，只由动力电池为无人机提供动力，适用于无人机平飞阶段以及减速降落阶段。进一步地，所述混合动力无人机，其推进模式包括串联发电模式。在此模式下，由发动机为整个无人机提供动力，适用于平飞且动力电池能量不足阶段。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1、本专利技术在现有无人机动力系统上，对燃油发电机+动力电池的动力供给方式进行改进，燃油发动机、动力电池既可以单独地、直接地为无人机提供动力，又可以将两者并联以及串联为无人机提供动力。在并联条件下为无人机提供更大助力，体现动力性；在动力电池单独提供动力时，发动机可以停止工作，仅由高效的电机工作，体现经济性；串联条件下，无人机正常飞行，且发动机能够为动力电池充电，提高了续航里程。所以，本专利技术兼顾了无人机的动力性、经济性以及续航里程。2、采用ISG电机，通过电磁离合器将其与燃油发动机以及主螺旋桨进行连接，实现了无人机推进方式的多样性。通过控制电磁离合器的通断：aISG电机作为启动电机，直接启动燃油发动机，避免了人工拉绳启动，提高了可靠性、实用性和安全性；bISG电机作为驱动电机，与燃油发动机共同为主螺旋桨提供动力，增强无人机动力性；cISG电机作为发电机，由燃油发动机驱动，为动力电池充电，提高了无人机续航里程。3、混合动力无人机在不同工况下采用对应的动力模式，操作更加简单。多动力模式也提高了无人机的抗干扰能力以及容错能力，提高了无人机的野外生存能力。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为本专利技术实施例提供的多推进模式的混合动力无人机结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的发动机启动工作模式下的结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的并联混合推进模式下的a起飞爬升阶段和b高空全负荷爬升阶段的结构示意图；图4为本专利技术实施例提供的纯电推进模式平飞/减速降落阶段下的结构示意图；图5为本专利技术实施例提供的串联发电模式下的结构示意图；图6为本专利技术实施例提供的发动机启动工作模式下的控制信号的交互示意图；图7为本专利技术实施例提供的并联混合推进模式下的a起飞爬升阶段和b高空全负荷爬升阶段的控制信号的交互示意图；图8为本专利技术实施例提供的纯电推进模式平飞/减速降落阶段下的控制信号的交互示意图；图9为本专利技术实施例提供的串联发电模式下的控制信号的交互示意图；图中，1-ISG电机、2-电磁离合器、3-发动机、4-辅助电机、5-小螺旋桨、6-机身、7-动力电池、8-机翼、9-主螺旋桨、10-尾撑杆、11-尾翼、12-飞控系统、13-发动机启动信号、14-飞行高度信号、15-飞行速度信号、16-电磁离合器控制信号1、17-电磁离合器控制信号2、18-发动机转速控制信号、19-发动机转速信号、20-ISG电流控制信号、21-SOC信号、22-ISG电机电流、23-起飞爬升信号、24-辅助电机电流控制信号、25-辅助电机电流、26-全负荷爬升信号、27-平飞信号、28-发电信号、29-ISG电机输出电流。具体实施方式为使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。下文中将详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。本
技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本专利技术的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多推进模式的混合动力无人机，其特征在于，所述无人机的组成部分至少包括：机身(6)、机翼(8)、尾撑杆(10)和尾翼(11)，其中机身(6)中安装有ISG电机(1)、电磁离合器(2)、发动机(3)、辅助电机(4)、小螺旋桨(5)、动力电池(7)和主螺旋桨(9)；机身(6)连接机翼(8)、尾撑杆(10)和尾翼(11)，机翼(8)和尾翼(11)上的扰流板，用于对所述无人机的飞行姿态进行调控；四数个小螺旋桨(5)和辅助电机(4)分布在机翼(8)两侧，主螺旋桨(9)安装在机身(6)尾部；机身(6)的中段放置发动机(3)、ISG电机(1)和动力电池(7)；其中，ISG电机(1)的一端，通过电磁离合器(2)的第一离合部分(2‑1)与发动机(3)的曲轴输出端进行连接，当第一离合部分(2‑1)闭合连接时，ISG电机(1)的转子与发动机(3)的曲轴输出端连接；ISG电机(1)的另一端，通过电磁离合器(2)的第二离合部分(2‑2)与主螺旋桨(9)进行连接，当第二离合部分(2‑2)闭合连接时，ISG电机(1)转子与主螺旋桨(9)连接；动力电池(7)分别与辅助电机(4)和ISG电机(1)连接，动力电池(7)用于为辅助电机(4)提供电能，并驱动小螺旋桨(5)为所述无人机提供动力；动力电池(7)与ISG电机(1)连接，其中，动力电池(7)为工作状态为电动机时的ISG电机(1)提供电能，或者，动力电池(7)接受工作状态为发电机时的ISG电机(1)发出的电能并存储。...

【技术特征摘要】
1.一种多推进模式的混合动力无人机，其特征在于，所述无人机的组成部分至少包括：机身(6)、机翼(8)、尾撑杆(10)和尾翼(11)，其中机身(6)中安装有ISG电机(1)、电磁离合器(2)、发动机(3)、辅助电机(4)、小螺旋桨(5)、动力电池(7)和主螺旋桨(9)；机身(6)连接机翼(8)、尾撑杆(10)和尾翼(11)，机翼(8)和尾翼(11)上的扰流板，用于对所述无人机的飞行姿态进行调控；四数个小螺旋桨(5)和辅助电机(4)分布在机翼(8)两侧，主螺旋桨(9)安装在机身(6)尾部；机身(6)的中段放置发动机(3)、ISG电机(1)和动力电池(7)；其中，ISG电机(1)的一端，通过电磁离合器(2)的第一离合部分(2-1)与发动机(3)的曲轴输出端进行连接，当第一离合部分(2-1)闭合连接时，ISG电机(1)的转子与发动机(3)的曲轴输出端连接；ISG电机(1)的另一端，通过电磁离合器(2)的第二离合部分(2-2)与主螺旋桨(9)进行连接，当第二离合部分(2-2)闭合连接时，ISG电机(1)转子与主螺旋桨(9)连接；动力电池(7)分别与辅助电机(4)和ISG电机(1)连接，动力电池(7)用于为辅助电机(4)提供电能，并驱动小螺旋桨(5)为所述无人机提供动力；动力电池(7)与ISG电机(1)连接，其中，动力电池(7)为工作状态为电动机时的ISG电机(1)提供电能，或者，动力电池(7)接受工作状态为发电机时的ISG电机(1)发出的电能并存储。2.根据权利要求1所述的混合动力无人机，其特征在于，ISG电机(1)在发动机(3)停机时作为启动电机，其中，电磁离合器(2-1)闭合，电磁离合器(2-2)断开，动力电池(7)直接为ISG电机(1)的转子供电，由ISG电机(1)的转子带动发动机(3)的曲轴转动从而启动发动机(3)。3.根据权利要求2所述的混合动力无人机，其特征在于，在发动机(3)工作时，ISG电机(1)保持空转；发动机(3)通过ISG电机(1)连接主螺旋桨(9)，并为主螺旋桨(9)传递动力。4.根据权利要求3所述的混合动力无人机，其特征在于，在发动机(3)工作时，ISG电机(1)与动力电池(7)接通，并和发动机(3)一起为主螺旋桨(9)提供动力。5.根据权利要求3所述的混合动力无人机，其特征在于，在动力电池(7)的剩余电量低于预设门限时，闭合电磁离合器(2-1)且断开电磁离合器(2-2)。6.根据权利要求2所述的混合动力无人机，其特征在于，发动机(3)的启动控制过程包括：飞控系统判断动力电池(7)能否有足够电能启动发动机(3)；若是，则向电磁离...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔滔文，赵万忠，王春燕，梁永胜，徐志江，栾众楷，周小川，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32