一种混合动力飞机制造技术

本发明专利技术公开了一种混合动力飞机，该飞机包括：飞机机身；高气动效率机翼；高升力装置；燃油发动机；电动机；电池；电机控制器；以及飞行控制系统，飞行控制系统控制电机控制器，以使得在高升力装置展开时，电动机处于预位状态；在飞机起飞或复飞时使燃油发动机启动，并且使电动机启动而输出飞机起飞或复飞时所需的辅助功率；在高升力装置收起后，使电动机关闭，仅由燃油发动机驱动。根据本发明专利技术的混合动力飞机，提供了一种全新的设计思路，其使用电动机助力的方式，降低飞机起飞复飞时对发动机推力的需求，同时巡航时也可以匹配小推力的燃油发动机，从而可以减小飞机对燃油发动机的指标要求。求。求。

【技术实现步骤摘要】
一种混合动力飞机


[0001]本专利技术涉及一种使用燃油发动机和电动机的混合动力飞机。

技术介绍

[0002]现役的主流飞机均由燃油发动机驱动，如大涵道比涡轮风扇发动机，其综合效率已逐步达到顶峰。并且，传统的燃油动力飞机，在起飞和复飞阶段对发动机动力有较大的需求，而在巡航时对动力的需求要小很多。若使用传统的燃油动力，对燃油发动机的要求较高，既要求燃油发动机在起飞复飞阶段提供足够的推力，又要求在巡航阶段有较低的油耗。
[0003]对此，随着能源结构的优化，近几年出现了使用电动机做为动力的概念方案，并在小型飞机上进行应用。电动机的推进功率逐渐增大，并且推进效率较燃油的涡轮风扇发动机高，但是目前电池的能量密度较航空燃油相比处于明显劣势。因此，若采用燃油发动机和电动机的混合动力则能综合两种动力来源的优点，结合飞机气动布局的创新构型，能使飞机的综合性能得到阶跃式的提高。
[0004]例如，在题为“固定翼式混合动力飞机”的中国技术专利CN206068172U中公开了一种油电混合的动力驱动系统，其包括安装于机头的螺旋桨、驱动螺旋桨的驱动电机、与驱动电机连接的动力电池、与动力电池连接的发电机、以及与发电机连接的燃油发动机。动力电池包括多个电池组件，其体积过大，分散布置在机翼和机身内。该固定翼式混合动力飞机起飞时，使燃油发动机停止工作，利用动力电池为驱动电机供电来带动螺旋桨转动；在固定翼式混合动力飞机起飞后升起到超过设定高度或处于巡航状态时，使燃油发动机处于工作状态而带动发电机发电，此时发电机为主能量源为驱动电机供电，动力电池则辅助为驱动电机供电，由此控制驱动电机工作。
[0005]上述中国技术专利CN206068172U虽然公开了混合动力飞机，然而，其燃油发动机仅用于带动发电机发电，并不直接产生起飞所需的推力；并且为了使动力电池的动力满足起飞阶段的能量需求，必须布置大量的电池组件，导致飞机重量增加，反而增大了飞机起飞阶段的能量需求；而且，在飞机起飞后升起到超过设定高度或处于巡航状态时，使燃油发动机处于工作状态而带动发电机发电，以此作为驱动电机的主能量源并为大量的电池组件充电，因此对发动机动力仍有较大需求；进一步，仅利用布置在机头的一个螺旋桨来进行驱动，其综合效率有待提高。
[0006]因此，亟需一种全新的电动机助力方式，能降低飞机起飞复飞时对发动机推力的需求，从而可以减小飞机对燃油发动机的指标要求，从根本上改变当前飞机设计的模式。

技术实现思路

[0007]本专利技术要解决的技术问题是为了克服现有技术中的上述缺陷，提出一种全新设计思路的混合动力飞机，其使用电动机助力的方式，降低飞机起飞复飞时对发动机推力的需求，并通过提高飞机的气动效率降低巡航时对发动机推力的需求，从而可以减小飞机对燃油发动机的指标要求和在燃油发动机及其配套系统、结构上付出过多重量代价。
[0008]本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
[0009]本专利技术提供了一种混合动力飞机，其特征在于，包括：
[0010]飞机机身；
[0011]安装于所述飞机机身的高气动效率的机翼；
[0012]安装在所述机翼上的高升力装置；
[0013]使用燃油作为动力源的燃油发动机；
[0014]使用电力作为动力源的电动机；
[0015]与所述电动机连接并用于对所述电动机供电的电池；
[0016]控制所述电动机的电机控制器；以及
[0017]控制飞机飞行的飞行控制系统，
[0018]所述飞行控制系统控制所述电机控制器，以使得在所述高升力装置展开时，所述电动机处于预位状态；在飞机起飞或复飞时使所述燃油发动机启动，并且使所述电动机启动而输出所述飞机起飞或复飞时所需的辅助功率；在所述高升力装置收起后，使所述电动机关闭，仅由所述燃油发动机驱动。
[0019]根据本专利技术的一种实施方式，还包括可折叠收纳的螺旋桨，所述螺旋桨与所述电动机连接并由所述电动机驱动。
[0020]根据本专利技术的一种实施方式，还包括收纳所述螺旋桨的短舱，所述电动机通过用于收放的丝杠和用于固定的电机导轨而固定，并通过设于所述短舱内的伺服电机驱动所述丝杠转动而移动。
[0021]根据本专利技术的一种实施方式，在所述螺旋桨的桨毂处设有复位弹簧，所述复位弹簧用于将所述螺旋桨向中心收纳。
[0022]根据本专利技术的一种实施方式，在所述短舱上还设有后盖以及驱动所述后盖的后盖驱动舵机。
[0023]根据本专利技术的一种实施方式，在所述预位状态下，驱动所述后盖驱动舵机而打开所述后盖，利用所述伺服电机驱动所述丝杠转动而使所述电动机和所述螺旋桨伸出到所述短舱之外，之后在旋转产生的桨叶离心力的作用下打开所述螺旋桨的桨叶；
[0024]在所述电动机关闭后，利用所述复位弹簧使所述螺旋桨的桨叶向中心收纳，利用所述伺服电机驱动所述丝杠转动而使所述电动机和所述螺旋桨收纳至所述短舱之内，之后驱动所述后盖驱动舵机使所述后盖完成收纳后的密封。
[0025]根据本专利技术的一种实施方式，还包括发电机组，所述发电机组通过飞机燃料提供能源而在所述飞机起飞或复飞之外的飞行过程中为所述电池进行充电。
[0026]根据本专利技术的一种实施方式，还包括辅助动力装置，所述燃油发动机或所述辅助动力装置在所述飞机起飞或复飞之外的飞行过程中为所述电池进行充电。
[0027]根据本专利技术的一种实施方式，所述混合动力飞机在地面时通过外接电源对所述电池充电。
[0028]根据本专利技术的一种实施方式，所述电池的能量密度大于或等于180Wh/kg。
[0029]根据本专利技术的一种实施方式，所述电池的能量密度大于或等于300Wh/kg。
[0030]根据本专利技术的一种实施方式，所述混合动力飞机采用了常规布局，并且展弦比为5
‑
25，梢根比为0.1
‑
1.0，前缘后掠角为0
°‑
40
°
。更优选的是所述展弦比为10以上。进一步优
选的是所述展弦比为15以上。
[0031]根据本专利技术的一种实施方式，所述燃油发动机布置在距离对称面15％
‑
75％的半翼展位置处，所述电动机布置在距离对称面20％
‑
80％的半翼展位置处。更优选为，所述燃油发动机布置在距离对称面15％
‑
35％的半翼展位置处。
[0032]根据本专利技术的一种实施方式，所述混合动力飞机采用了常规布局，所述燃油发动机布置在所述飞机机身的尾部，所述电动机布置在所述机翼上。
[0033]根据本专利技术的一种实施方式，所述混合动力飞机采用了桁架支撑翼布局，所述电动机布置在所述机翼的下方的撑杆与所述机翼的连接处。
[0034]根据本专利技术的一种实施方式，所述电动机还布置在水平尾翼或垂直尾翼上。
[0035]在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本专利技术各较佳实例。
[0036]本专利技术的积极本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混合动力飞机，其特征在于，包括：飞机机身；安装于所述飞机机身的高气动效率的机翼；安装在所述机翼上的高升力装置；使用燃油作为动力源的燃油发动机；使用电力作为动力源的电动机；与所述电动机连接并用于对所述电动机供电的电池；控制所述电动机的电机控制器；以及控制飞机飞行的飞行控制系统，所述飞行控制系统控制所述电机控制器，以使得在所述高升力装置展开时，所述电动机处于预位状态；在飞机起飞或复飞时使所述燃油发动机启动，并且使所述电动机启动而输出所述飞机起飞或复飞时所需的辅助功率；在所述高升力装置收起后，使所述电动机关闭，仅由所述燃油发动机驱动。2.如权利要求1所述的混合动力飞机，其特征在于，还包括可折叠收纳的螺旋桨，所述螺旋桨与所述电动机连接并由所述电动机驱动。3.如权利要求2所述的混合动力飞机，其特征在于，还包括收纳所述螺旋桨的短舱，所述电动机通过用于收放的丝杠和用于固定的电机导轨而固定，并通过设于所述短舱内的伺服电机驱动所述丝杠转动而移动。4.如权利要求3所述的混合动力飞机，其特征在于，在所述螺旋桨的桨毂处设有复位弹簧，所述复位弹簧用于将所述螺旋桨向中心收纳。5.如权利要求4所述的混合动力飞机，其特征在于，在所述短舱上还设有后盖以及驱动所述后盖的后盖驱动舵机。6.如权利要求5所述的混合动力飞机，其特征在于，在所述预位状态下，驱动所述后盖驱动舵机而打开所述后盖，利用所述伺服电机驱动所述丝杠转动而使所述电动机和所述螺旋桨伸出到所述短舱之外，之后在旋转产生的桨叶离心力的作用下打开所述螺旋桨的桨叶；在所述电动机关闭后，利用所述复位弹簧使所述螺旋桨的桨叶向中心收纳，利用所述伺服电机驱动所述丝杠转动而使所述电动机和所述螺旋桨收纳至所述短舱之内，之后驱动所述后盖驱动舵机使所述后盖完成收纳后的密封。7.如权利要求1所述的混合动力飞机，其特征在于，还包括发电机组，所述发电机组通过飞机燃料提供能源而在所述飞机起飞或复飞之外的飞行过程中为所述电池进行充电。8.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴大卫，陈名乾，钟园，王帮亭，陈震宇，金晶，
申请(专利权)人：中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院，
类型：发明
国别省市：