一种混合动力无人机制造技术

本发明专利技术涉及一种混合动力无人机，其包括：无人机本体

【技术实现步骤摘要】
一种混合动力无人机


[0001]本专利技术涉及无人机
，尤其涉及一种混合动力无人机
。

技术介绍

[0002]无人机具有结构精巧
、
隐蔽性强
、
使用方便和性能机动灵活等特点，目前已经广泛应用于军事和民用领域，许多国家都把无人机技术置于优先发展的地位，竞相研制和开发先进的新型无人机技术，目前无人机的发展主要受到续航时间短的制约
。
[0003]为解决现有的无人机受到单一方式供电而造成的续航时间普遍不超过半小时，无法实现长的滞空时间，导致无人机的滞空能力将会受到极大的限制的难题，现有方案一般考虑提供多能源供应这一解决思路，有：油电混合
、
燃电混合等，即使采用多能源来给无人供能解决续航时长的问题，但是又出现了多能源管理紊乱
、
能源利用率不高，造成能源耗费过大的现象，成为无人机发展的新的问题
。

技术实现思路

[0004](
一
)
要解决的技术问题
[0005]鉴于现有技术的上述缺点
、
不足，本专利技术提供一种混合动力无人机，其解决了现有无人机的多能源管理紊乱
、
能源利用率不高以及能源耗费过大的技术问题
。
[0006](
二
)
技术方案
[0007]为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：
[0008]第一方面，本专利技术实施例提供一种混合动力无人机，包括：无人机本体以及设置在所述无人机本体上的动力组件
、
机载电池
、
光伏发电组件
、
氢燃料电池发电组件以及能量控制器；
[0009]所述机载电池与所述动力组件连接；
[0010]所述光伏发电组件分别与所述动力组件和所述机载电池连接，且所述光伏发电组件阵列设置在所述无人机本体的机翼和
/
或尾翼上；
[0011]所述氢燃料电池发电组件分别与所述动力组件和所述机载电池连接；
[0012]所述能量控制器分别与所述动力组件
、
所述机载电池
、
所述光伏发电组件以及所述氢燃料电池发电组件连接，用于依据当前飞行状态和预先配置的能量管控策略在起飞阶段和巡航阶段调用所述光伏发电组件
、
所述氢燃料电池发电组件以及所述机载电池之中的一种或者多种为所述动力组件供能，同时依据当前的所述光伏发电组件
、
所述氢燃料电池发电组件以及所述机载电池的状态信息来执行下降控制策略和
/
或返航控制策略判断；
[0013]其中，所述无人机本体上设置有多个拉升用旋翼，以实现垂直升降和滞空作业
。
[0014]可选地，所述能量控制器包括：
[0015]起飞控制模块，用于执行如下起飞控制策略：在起飞阶段依据预先设置的供电优先级和可用条件采用所述机载电池单独供能，或者采用所述光伏发电组件以及所述氢燃料电池发电组件之中的任意一种和所述机载电池进行组合供能；
[0016]巡航控制模块，用于执行如下巡航控制策略：在巡航阶段依据预先设置的供电优先级和可用条件采用所述机载电池
、
所述光伏发电组件
、
所述氢燃料电池发电组件之中的一种进行供能；
[0017]下降控制模块，用于执行如下下降控制策略：在下降阶段判断所述机载电池
、
所述光伏发电组件以及所述氢燃料电池发电组件是否满足各自的可用条件，在存在至少一个满足可用条件时，执行下降工作；
[0018]返航控制模块，用于执行如下返航控制策略：在所述光伏发电组件不满足对应的可用条件，则判断执行任务巡航消耗能量是否小于燃料电池和锂电池的储备总和；若执行任务巡航消耗能量小于燃料电池和锂电池的储备总和则继续巡航，若执行任务巡航消耗能量不小于燃料电池和锂电池的储备总和则执行返航工作
。
[0019]可选地，
[0020]所述起飞控制模块包括：
[0021]起飞第一判断单元，用于判断所述机载电池是否满足第一可用条件；
[0022]起飞第一供能判定单元，用于若所述机载电池满足第一可用条件，则采用所述机载电池进行供能；
[0023]起飞第二判断单元，用于若所述机载电池不满足第一可用条件，则判断所述光伏发电组件是否满足第二可用条件；
[0024]起飞第二供能判定单元，用于若所述光伏发电组件满足第二可用条件，则采用所述光伏发电组件和所述机载电池同时进行供能；
[0025]起飞第三判断单元，用于若所述光伏发电组件不满足第二可用条件，则判断所述氢燃料电池发电组件是否满足第三可用条件；
[0026]起飞第三供能判定模块，用于若所述氢燃料电池发电组件满足第三可用条件，则采用所述氢燃料电池发电组件和所述机载电池同时进行供能；
[0027]所述巡航控制模块包括：
[0028]巡航第一判断单元，用于判断所述光伏发电组件是否满足第二可用条件；
[0029]巡航第一供能判定单元，用于若所述光伏发电组件满足第二可用条件，则采用所述光伏发电组件供能；
[0030]巡航第二判断单元，用于若所述光伏发电组件不满足第二可用条件，则判断所述氢燃料电池发电组件是否满足第三可用条件；
[0031]巡航第二供能判定单元，用于在所述氢燃料电池发电组件满足第三可用条件时，则采用所述氢燃料电池发电组件供能；
[0032]巡航第三判断单元，用于在所述氢燃料电池发电组件不满足第三可用条件时，判断所述机载电池是否满足第一可用条件；
[0033]巡航第三供能判定单元，用于若此时满足第一可用条件则采用所述机载电池供能，若此时不满足第一可用条件则依赖返航控制模块执行相应的返航控制策略；
[0034]其中，
[0035]第一可用条件为：所述机载电池的实时荷电状态
≥25
％；
[0036]第二可用条件为：执行飞行任务时光照强度
≥AM1.5
；
[0037]第三可用条件为：所述氢燃料电池发电组件的氢气罐压强
≥1.5pa。
[0038]可选地，
[0039]所述起飞阶段的无人机的需求功率为：
[0040]所述巡航阶段的无人机的需求功率为：
[0041]所述下降阶段的无人机的需求功率为：
[0042]相应地，
[0043]所述机载电池的输出功率为：
P
L
＝
C
L
I
L
；
[0044]所述光伏发电组件的输出功率为：
P
SC
＝
A
SC
I
η1η
sc
η2；
[0045]所述氢燃料电池发电组件的输出功率为：
P
FC
＝
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种混合动力无人机，其特征在于，包括：无人机本体以及设置在所述无人机本体上的动力组件
、
机载电池
、
光伏发电组件
、
氢燃料电池发电组件以及能量控制器；所述机载电池与所述动力组件连接；所述光伏发电组件分别与所述动力组件和所述机载电池连接，且所述光伏发电组件阵列设置在所述无人机本体的机翼和
/
或尾翼上；所述氢燃料电池发电组件分别与所述动力组件和所述机载电池连接；所述能量控制器分别与所述动力组件
、
所述机载电池
、
所述光伏发电组件以及所述氢燃料电池发电组件连接，用于依据当前飞行状态和预先配置的能量管控策略在起飞阶段和巡航阶段调用所述光伏发电组件
、
所述氢燃料电池发电组件以及所述机载电池之中的一种或者多种为所述动力组件供能，同时依据当前的所述光伏发电组件
、
所述氢燃料电池发电组件以及所述机载电池的状态信息来执行下降控制策略和
/
或返航控制策略判断；其中，所述无人机本体上设置有多个拉升用旋翼，以实现垂直升降和滞空作业
。2.
如权利要求1所述的一种混合动力无人机，其特征在于，所述能量控制器包括：起飞控制模块，用于执行如下起飞控制策略：在起飞阶段依据预先设置的供电优先级和可用条件采用所述机载电池单独供能，或者采用所述光伏发电组件以及所述氢燃料电池发电组件之中的任意一种和所述机载电池进行组合供能；巡航控制模块，用于执行如下巡航控制策略：在巡航阶段依据预先设置的供电优先级和可用条件采用所述机载电池
、
所述光伏发电组件
、
所述氢燃料电池发电组件之中的一种进行供能；下降控制模块，用于执行如下下降控制策略：在下降阶段判断所述机载电池
、
所述光伏发电组件以及所述氢燃料电池发电组件是否满足各自的可用条件，在存在至少一个满足可用条件时，执行下降工作；返航控制模块，用于执行如下返航控制策略：在所述光伏发电组件不满足对应的可用条件，则判断执行任务巡航消耗能量是否小于燃料电池和锂电池的储备总和；若执行任务巡航消耗能量小于燃料电池和锂电池的储备总和则继续巡航，若执行任务巡航消耗能量不小于燃料电池和锂电池的储备总和则执行返航工作
。3.
如权利要求2所述的一种混合动力无人机，其特征在于，所述起飞控制模块包括：起飞第一判断单元，用于判断所述机载电池是否满足第一可用条件；起飞第一供能判定单元，用于若所述机载电池满足第一可用条件，则采用所述机载电池进行供能；起飞第二判断单元，用于若所述机载电池不满足第一可用条件，则判断所述光伏发电组件是否满足第二可用条件；起飞第二供能判定单元，用于若所述光伏发电组件满足第二可用条件，则采用所述光伏发电组件和所述机载电池同时进行供能；起飞第三判断单元，用于若所述光伏发电组件不满足第二可用条件，则判断所述氢燃料电池发电组件是否满足第三可用条件；起飞第三供能判定模块，用于若所述氢燃料电池发电组件满足第三可用条件，则采用所述氢燃料电池发电组件和所述机载电池同时进行供能；
所述巡航控制模块包括：巡航第一判断单元，用于判断所述光伏发电组件是否满足第二可用条件；巡航第一供能判定单元，用于若所述光伏发电组件满足第二可用条件，则采用所述光伏发电组件供能；巡航第二判断单元，用于若所述光伏发电组件不满足第二可用条件，则判断所述氢燃料电池发电组件是否满足第三可用条件；巡航第二供能判定单元，用于在所述氢燃料电池发电组件满足第三可用条件时，则采用所述氢燃料电池发电组件供能；巡航第三判断单元，用于在所述氢燃料电池发电组件不满足第三可用条件时，判断所述机载电池是否满足第一可用条件；巡航第三供能判定单元，用于若此时满足第一可用条件则采用所述机载电池供能，若此时不满足第一可用条件则依赖返航控制模块执行相应的返航控制策略；其中，第一可用条件为：所述机载电池的实时荷电状态
≥25
％；第二可用条件为：执行飞行任务时光照强度
≥AM1.5
；第三可用条件为：所述氢燃料电池发电组件的氢气罐压强
≥1.5pa。4.
如权利要求3所述的一种混合动力无人机，其特征在于，所述起飞阶段的无人机的需求功率为：所述巡航阶段的无人机的需求功率为：所述下降阶段的无人机的需求功率为：相应地，所述机载电池的输出功率为：
P
L
＝
U
L
I
L
；所述光伏发电组件的输出功率为：
P
SC
＝
A
SC
I
η1η
sc
η2；所述氢燃料电池发电组件的输出功率为：
P
FC
＝
U
FC
I
FC
；其中，
m
为包含机载电池质量
、
太阳能电池重量
、
燃料电池质量
、
有效载荷以及机身质量的无人机总质量，
C
D
为全机阻力系数，
C
L
为全机升力系数，
F1为起飞阶段的发动机推力，
v1为起飞阶段的速度，
F2为续航阶段的发动机推力，
v2为续航阶段的速度，
F3为下降阶段的发动机推力，
v3为起飞阶段的速度；
U
L
为机载电池的输出电压，
I
L
为机载电池的输出电流；
A
sc
为光伏发电组件的太阳能电池阵列面积，
I
为光照强度，
η1为天气因素影响因数，
η
sc
为太阳能电池转换效率，
η2为翼型曲面引起的效率损失因数；
I
FC
为氢燃料电池发电组件的输入电流，
U
FC
为氢燃料电池发电组件的输出电压
。5.
如权利要求1所述的一种混合动力无人机，其特征在于，所述机载电池在非飞行阶段通过自身设置的充电接口进行充电，在飞行阶段接收来自所述光伏发电组件和
/
或所述氢燃料电池发电组件的在满足需求功率之外的额外电能并加以存储，得到所述机载电池的存
储总能量为：式中，
E
L
为机载电池储存的总电能；
p
night
为无人机夜间飞行需用总功率；
T
night
为夜间飞行总时长；
η
L
为机载电池的放电效率
。6.
如权利要求1‑5任一项所述的一种混合动力无人机，其特征在于，所述无人机本体的机身四周对称设置有至少两个用于连接机翼与尾翼的支臂；所述动力组件包括：旋翼
、
电驱动器以及固定件，所述旋翼通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋占锋，刘平，刘春东，王佳乐，王占英，邵慧彬，孙志刚，张灿果，安兆杰，杨亚楠，郑永杰，王振兴，
申请(专利权)人：河北建筑工程学院，
类型：发明
国别省市：