一种分布式多桨垂直起降飞行器混合动力系统及管理方法技术方案

本发明专利技术属于飞机混合动力技术领域，具体涉及一种分布式多桨垂直起降飞行器混合动力系统及管理方法。包括混合动力电源系统、分布式电机‑旋翼推进器、能量管理集成控制系统；本发明专利技术采用带有储能模块和多个发电模块的混合动力系统，能实现分布式多桨垂直起降飞行器长航时飞行，在起降、悬停和加速前飞时采用多个发电模块同时运行满足功率需求，降低了储能系统功率需求，从而减小混合动力系统质量，增加燃油储量，进而增大了续航时间和航程，并在一定程度上增加了飞行器飞行安全性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于飞机混合动力，具体涉及一种分布式多桨垂直起降飞行器混合动力系统及管理方法。

技术介绍

1、分布式多桨垂直起降带机翼型飞行器采用分布式电推进系统，可以实现垂直起降和远程高速飞行。当前电池能量密度低导致续航时间短的问题在短时间内无法实现本质突破，而使用混合动力既可满足分布式电推进的要求，也可提高续航时间，是实现垂直起降飞行器高速化和远程化的主要技术途径。

2、在混合动力垂直起降飞行器方案中，单主桨直升机多采用并联混合动力方式，多旋翼垂直起降飞行器多采用串联混合动力电推进方式，由于没有机翼，二者在不同飞行阶段的功率需求差异均较小，最大在3倍左右，采用电池功率占比较小的微混动系统能够多保证发动机、电机等部件始终工作在高效工况区域内。不同于单主桨直升机和多旋翼垂直起降飞行器，分布式多桨垂直起降带机翼型飞行器在整个飞行过程中具有多旋翼垂直起降、固定翼前飞和过渡飞行三种模式。前飞模式由机翼提供升力，因此其垂直起降和前飞模式之间功率需求差异非常大，最大能达到10倍以上，且垂直起降阶段的高功率需求时间短，前飞模式的低功率需求时间长。现有技术中，采用本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种分布式多桨垂直起降飞行器混合动力系统，其特征在于，包括混合动力电源系统、分布式电机-旋翼推进器、能量管理集成控制系统；所述混合动力电源系统包括两个及以上发电模块、储能模块；每个发电模块包括发动机、起发一体发电机、整流器；所述发动机与起发一体发电机之间共轴机械连接，所述起发一体发电机的输出端电连接到所述整流器输入端，所述发动机与起发一体发电机采用紧凑共壳一体化结构设计，并共用一套冷却系统和润滑系统；所述储能模块包含M套动力电池或超级电容，所述分布式电机-旋翼推进器包括2M个电机-旋翼对，每个电机-旋翼对包括电机控制器、电机、旋翼；电机控制器与电机电连接，电机旋转轴与旋翼直接刚性连接...

【技术特征摘要】

1.一种分布式多桨垂直起降飞行器混合动力系统，其特征在于，包括混合动力电源系统、分布式电机-旋翼推进器、能量管理集成控制系统；所述混合动力电源系统包括两个及以上发电模块、储能模块；每个发电模块包括发动机、起发一体发电机、整流器；所述发动机与起发一体发电机之间共轴机械连接，所述起发一体发电机的输出端电连接到所述整流器输入端，所述发动机与起发一体发电机采用紧凑共壳一体化结构设计，并共用一套冷却系统和润滑系统；所述储能模块包含m套动力电池或超级电容，所述分布式电机-旋翼推进器包括2m个电机-旋翼对，每个电机-旋翼对包括电机控制器、电机、旋翼；电机控制器与电机电连接，电机旋转轴与旋翼直接刚性连接；所述两个及以上发电模块和储能模块并联电连接，并通过高压直流总线连接所述电机控制器；所述能量管理集成控制系统对分布式多桨垂直起降固定翼飞行器混合动力系统进行控制。

2.根据权利要求1所述的分布式多桨垂直起降飞行器混合动力系统，其特征在于，所述发动机配有发动机控制器。

3.根据权利要求1所述的分布式多桨垂直起降飞行器混合动力系统，其特征在于，所述启发一体发电机配有启发一体发电机控制器。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的分布式多桨垂直起降飞行器混合动力系统的能量管理方法，其特征在于，根据飞行模式和油门踏板信号确定总需求功率ptotal，并根据ptotal与储能模块最大输出功率psto,max之间的相对大小确定发电模块的总输出功率pgen，进而根据发电模块的总输出功率pgen确定各个发电模块的输出功率pgen,i，根据各个发电模块的输出功率pgen,i确定所述发动机和起发一体发电机的功率；所述发动机控制器和启发一体发电机根据其目标输出功率确定所述发动机和起发一体发电机效率最优转速和扭矩。

5.根据权利要求4所述的分布式多桨垂直起降飞行器混合动力系统的能量管理方法，其特征在于，在起飞阶段，油门踏板达到满行程的90％，此时总需求功率ptotal大于储能模块最大输出功率psto,max，储能模块以最大输出功率psto,max进行功率输出，发电模块全部起动，发电模块的总输出功率pgen＝ptotal-psto,max，各个发电模块的输出功率pgen,i＝pgen/n，n为发电模块的数量，n≥2，各个发电模块的输出功率达到其输出功率峰值；所述发动机控制器和启发一体发电机控制器根据各个发电模块的输出功率pgen,i确定发动机和起发一体发电机效率最优的转速和扭矩。

6.根据权利要求4所述的分布式多桨垂直起降飞行器混合动力系统的能量管理方法，其特征在于，在悬停和降落阶段，油门踏板达到满行程的70％，此时总需求功率ptotal大于储能模块最大输出功率psto,max，储能模块以最大输出功率ps...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘道建，田中渠，曾伟，顾浩涵，刘平安，
申请(专利权)人：中国直升机设计研究所，
类型：发明
国别省市：