CN108263618A - 一种混合动力多轴旋翼无人机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无人机技术领域，特别涉及一种混合动力多轴旋翼无人机，它包括无人机本体，所述无人机本体包括设置在机壳内的飞控***和多轴驱动***，其特征在于：它还包括油电混合动力***、伺服模块和测控模块；所述油电混合动力***由燃油活塞发动机、油箱、发电模块、整流模块和锂电池组成；该燃油活塞发动机一端与油箱通过油管相连，该燃油活塞发动机另一端与伺服模块相连，该燃油活塞发动机输出轴与发电模块相连，该发电模块与整流模块一端相连，该整流模块另一端与锂电池并联后和多轴驱动***相连，该多轴驱动***由若干个单轴驱动器组成；它具有航时长，载重大，易控制，安全性好等优点。
Description
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，特别涉及一种混合动力多轴旋翼无人机。
背景技术
随着科技的发展，无人机在军事和民用领域也广泛应用。现有的多轴旋翼无人机有三种动力方式：
a)采用多个锂电池+电动机+电子调速器+螺旋桨串联组件并联作为多轴电动力***，这是目前绝大多数多轴旋翼无人机采用的动力方式，飞行控制响应快、功率密度大，但因锂电池能量密度低，无论机身如何减重，电动多轴旋翼无人机飞行时间大多不超过几十分钟。
b)采用多个燃油发动机+机械变矩变速机构+螺旋桨串联组件并联作为多轴油动力***。燃油发动机能量密度大，但变矩变速机构使用齿轮、皮带等机械传动部件，结构复杂，故障率高，且飞行控制算法单一，任意1个轴出现问题，将会导致整个飞行器失控坠落。
c)采用1个燃油发动机+机械变矩变速机构+螺旋桨串联组件和多个锂电池+电动机+电子调速器+螺旋桨串联组件并联作为多轴油电混合动力***，使用燃油发动机提供主升力，电动机提供俯仰、滚转等姿态控制力和辅助升力，但燃油动力姿控自由度有限，无法独立飞行，油电动力不能互为备份，且需人工拉绳启动油机起飞，可靠性和实用性有待提高。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种航时长、设计合理、使用方便的一种混合动力多轴旋翼无人机，它具有航时长，载荷大，安全性可靠性高等优点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明所述的一种混合动力多轴旋翼无人机，它包括无人机本体，所述无人机本体包括设置在机壳内的飞控***和多轴驱动***，其特征在于：它还包括油电混合动力***、伺服模块和测控模块；所述油电混合动力***由燃油活塞发动机、油箱、发电模块、整流模块和锂电池组成；该燃油活塞发动机一端与油箱通过油管相连，该燃油活塞发动机另一端与伺服模块相连，该燃油活塞发动机输出轴与发电模块相连，该发电模块与整流模块一端相连，该整流模块另一端与锂电池并联后和多轴驱动***相连，该多轴驱动***由若干个单轴驱动器组成，该单轴驱动器由无刷电动机、电子调速器和螺旋桨串联组成。
进一步地，伺服模块内的油门舵机、风门舵机输出端通过连杆和燃油活塞发动机相连，舵机输入端、油箱内的液位传感器与测控模块内的测控微处理器相连，建立数学模型控制燃油活塞发动机稳定工作，并以软件的形式写入微处理器。
进一步地，发电模块内的电动机上安置有可以检测电动机转子转速和燃油活塞发动机活塞位置的霍尔传感器，电动机与燃油活塞发动机的机轴使用键或联轴器连接。
进一步地，飞控***保证无人机的飞行稳定性和操纵性，可根据无人机载荷计算消耗功率，自动或根据地面指令控制燃油活塞发动机功率并在燃油和锂电池动力间进行切换，保障无人机以最小的能量消耗得到最大的飞行时间。飞控***上述功能以软件形式写入其微处理器。
采用上述结构后，本发明有益效果为：本发明所述的一种混合动力多轴旋翼无人机，它采用燃油活塞发动机连接发电模块发电后和锂电池并联协同工作提高了混合动力多轴旋翼无人机的航时和载重能力；采用燃油活塞发动机和使用整流模块、伺服模块和大功率高效发电模块，以锂电池为动力实现混合动力多轴旋翼无人机自启动；油、电动力可独立控制飞行姿态，互为备份，提高了混合动力多轴旋翼无人机的整机安全性，它具有航时长，载重大，易控制，安全性好等优点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中伺服模块与燃油活塞发动机和测控模块的结构示意图；
图3是本发明中电动机上安装霍尔传感器的结构示意图；
图4是本发明飞控***与燃油活塞发动机的结构示意图。
附图标记说明：
1、油电混合动力***；11、燃油活塞发动机；12、整流模块；13、锂电池电池；14、发电模块；15、油箱；151、液位传感器；2、飞控***；3、单轴驱动器；31、无刷电动机；32、电子调速器；33、螺旋桨；4、测控模块；41、测控微处理器；5、伺服模块；51、油门舵机；52、风门舵机；6、霍尔传感器；7、联轴器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明所述的一种混合动力多轴旋翼无人机，它包括无人机本体，所述无人机本体包括设置在机壳内的飞控***2和多轴驱动***，它还包括油电混合动力***1、伺服模块5和测控模块4；所述油电混合动力***1由燃油活塞发动机11、油箱15、发电模块14、整流模块12和锂电池13组成；该燃油活塞发动机11一端与油箱15通过油管相连，该燃油活塞发动机11另一端与伺服模块4相连，该燃油活塞发动机11输出轴与发电模块14相连，该发电模块14与整流模块12一端相连，该整流模块12另一端与锂电池13并联后和多轴驱动***相连，该多轴驱动***由若干个单轴驱动器3组成，该单轴驱动器3由无刷电动机31、电子调速器32和螺旋桨33串联组成。
如图2所示，伺服模块5内的油门舵机51、风门舵机52输出端通过连杆和燃油活塞发动机11相连，舵机输入端、油箱15内的液位传感器151与测控模块4内的测控微处理器41相连，建立数学模型控制燃油活塞发动机稳定工作，并以软件的形式写入微处理器。
如图3所示，发电模块14内的电动机31上安置有可以检测电动机31转子转速和燃油活塞发动机11活塞位置的霍尔传感器6，电动机31与燃油活塞发动机11的机轴使用键或联轴器7连接。
如图4所示，飞控***2保证无人机的飞行稳定性和操纵性，可根据无人机载荷计算消耗功率，自动或根据地面指令控制燃油活塞发动机11功率并在燃油和锂电池13动力间进行切换，保障无人机以最小的能量消耗得到最大的飞行时间。飞控***上述功能以软件形式写入其微处理器。
其中：
(1)发电模块用于发电和启动燃油活塞发动机；
(2)整流模块有整流和驱动两种状态，分别用于将交流电转换为直流和输出PWM信号驱动无刷电动机；
(3)由无刷电动机+电子调速器+螺旋桨串联组成单轴驱动器，多个驱动器并联构成多轴驱动***；
(4)测控模块使用传感器测量机身各部组件的转速、位置等状态参数，伺服模块使用舵机调整燃油活塞发动机油门和风门大小改变发动机工作状态，飞控***是无人机的大脑，负责控制飞行姿态、处理指令、计算实时功率等。
本发明的工作原理如下：
无人机开机时，飞控***计算燃油活塞发动机启动功率，通过伺服模块置活塞发动机油门量和风量为启动值，置整流模块为驱动状态，并将驱动信号占空比逐步增大为启动值，发电模块带动活塞发动机转子加速旋转达到点火工作状态，随后活塞发动机处于怠速旋转状态。
起飞时，飞控***根据起飞重量计算起飞功率和活塞发动机转速，通过伺服模块持续增大活塞发动机转速，通过测控模块检测到发动机转速达到起飞值时，置整流模块为整流状态，活塞发动机带动发电模块转子高速旋转产生交流电，通过整流模块转换为无刷电动机工作所需的直流电压和电流值，无人机进入飞行状态。
飞行过程中，在加速、减速、爬升、气流扰动等飞行事件中，飞控***实时采集各部件参数状态，计算所需功率和最佳转速，一般情况下飞控***通过伺服模块控制活塞发动机及发电模块转子转速经整流模块产生同样功率的直流电压电流，使无人机以最小的能源消耗稳定飞行。在无人机负载超限、遭遇强风等情况时，飞控***可控制锂电池电池与活塞发动机发电模块同时供电，满足无人机额外功率需求。
在活塞发动机燃油耗尽或出现异常时，飞控***可切换至锂电池单独为驱动***供电；在锂电池电量耗尽或出现异常时，飞控***可切换至活塞发动机单独为驱动***供电，并可提高发电电压为锂电池充电。活塞发动机和锂电池可以互为备份，充分保障无人机动力***正常工作，极大地提高了无人机的使用安全可靠性。
本发明具有如下优点：
(1)采用燃油活塞发动机连接发电模块发电后和锂电池并联提高了混合动力多轴旋翼无人机的能量密度，进而增大了航时和载重；
(2)燃油活塞发动机与整流模块、伺服模块和大功率高效发电模块，在锂电池驱动下协同工作，可实现混合动力多轴旋翼无人机自启动；
(3)全部旋翼采用电子调速，可独立完成俯仰、滚转、偏航姿态控制，使油、电动力可单独工作互为备份，极大地提高了整机安全可靠性。
以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。
Claims (3)
1.一种混合动力多轴旋翼无人机，它包括无人机本体，所述无人机本体包括设置在机壳内的飞控***(2)和多轴驱动***，其特征在于：它还包括油电混合动力***(1)、伺服模块(5)和测控模块(4)；所述油电混合动力***(1)由燃油活塞发动机(11)、油箱(15)、发电模块(14)、整流模块(12)和锂电池(13)组成；该燃油活塞发动机(11)一端与油箱(15)通过油管相连，该燃油活塞发动机(11)另一端与测控模块(4)相连，该燃油活塞发动机(11)输出轴与发电模块(14)相连，该发电模块(14)与整流模块(12)一端相连，该整流模块(12)另一端与锂电池(13)并联后和多轴驱动***相连，该多轴驱动***由若干个单轴驱动器(3)组成，该单轴驱动器(3)由无刷电动机(31)、电子调速器(32)和螺旋桨串联(33)组成。
2.根据权利要求1所述的一种混合动力多轴旋翼无人机，其特征在于：伺服模块(5)内的油门舵机(51)、风门舵机(52)输出端通过连杆和燃油活塞发动机(11)相连，舵机输入端、油箱(15)内的液位传感器(151)与测控模块(4)内的测控微处理器(41)相连。
3.根据权利要求1所述的一种混合动力多轴旋翼无人机，其特征在于：发电模块(14)内的电动机(31)上安置有可以检测电动机(31)转子转速和燃油活塞发动机(11)活塞位置的霍尔传感器(6)，电动机(31)与燃油活塞发动机(11)的机轴使用键或联轴器(7)连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20180710 |