CN114851870A - 一种电推进航空器的地面跟随式无线充电*** - Google Patents

一种电推进航空器的地面跟随式无线充电*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电推进航空器的地面跟随式无线充电***，包括地面子***，所述地面子***包括若干地面跟随式充电装置，所述地面跟随式充电装置包括：主控模块，用于装置的走行控制，用于充电供电的状态管理，用于航空器跟随的状态解析，用于信息的收发控制，与主控模块连接的模块包括：第一无线通信模块，航空器跟随模块，充电管理模块，移动控制模块。本发明，当电推进航空器未飞离地面时，通过地面跟随式充电装置自动跟随电推进航空器，为电推进航空器及时充电供电，避免或减少电推进航空器在地面阶段消耗机载储能装置中的电能，机载储能装置可以在电推进航空器飞离地面后再投入工作，有效的延长了电推进航空器的航程、可飞行时间。

Description

一种电推进航空器的地面跟随式无线充电***
技术领域
本发明涉及电推进航空技术领域，具体说是一种电推进航空器的地面跟随式无线充电***。
背景技术
现有的电推进航空器，其机载储能装置多采用太阳能电池或燃料电池，或者同时使用太阳能电池和燃料电池，电推进方式是目前航空业的重要发展和研究方向，现有的能源提供方案多采用以下几种：
方案一，如图1所示，电推进航空器的机载***中包括一机载储能装置，用于为电推进航空器供电，所述机载储能装置为太阳能电池、燃料电池、锂电池等，所述机载储能装置通过电能输送通道为机载电推进装置供电；
方案二，如图2所示，电推进航空器的机载***中包括一机载储能装置以及一机载一次能源装置，电推进航空器的能源提供依靠机载一次能源装置，所述机载一次能源装置为航空发动机等，机载一次能源装置通过一路电能输送通道向机载储能装置充电，同时，通过另一路电能输送通道为机载电推进装置供电，在机载一次能源装置无法提供足够能源的时候，所述机载储能装置可通过第三路电能输送通道为机载电推进装置提供应急供电。
电推进航空器中的机载储能装置，其载荷是固定的，并不因为各种工况导致机载储能装置的重量产生变化，因此，一旦开始消耗机载储能装置中的能源，则意味着电推进航空器的航程、可飞行时间等将会逐渐减少。
电推进航空器在地面阶段，就需要消耗机载储能装置中的能源，例如，
滑行阶段，例如：起飞前，经滑行道到达跑道端准备起飞，又例如：降落后，经滑行道到达停机坪，电推进航空器在移动过程中需要消耗能源；
起飞阶段，从跑道端加速滑行直至飞离地面，电推进航空器在加速过程中需要消耗能源；
上述两种地面阶段均需要消耗能源，这导致电推进航空器的航程、可飞行时间受到影响。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种电推进航空器的地面跟随式无线充电***，当电推进航空器未飞离地面时，通过地面跟随式充电装置自动跟随电推进航空器，为电推进航空器及时充电供电，避免或减少电推进航空器在地面阶段消耗机载储能装置中的电能，机载储能装置可以在电推进航空器飞离地面后再投入工作，有效的延长了电推进航空器的航程、可飞行时间。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种电推进航空器的地面跟随式无线充电***，其特征在于，包括：地面子***，所述地面子***包括若干地面跟随式充电装置，用于为处于地面阶段的电推进航空器充电供电，
所述地面跟随式充电装置包括：
主控模块，用于地面跟随式充电装置的走行控制，用于充电供电的状态管理，用于航空器跟随的状态解析，用于信息的收发控制，
第一无线通信模块，与主控模块连接，用于接收控制指令并转发至主控模块进行解析，用于从主控模块获取地面跟随式充电装置的运行状态并对外发出，
航空器跟随模块，与主控模块连接，用于锁定一架处于地面阶段的电推进航空器，用于收集地面跟随式充电装置与电推进航空器的相对位置，生成相对位置信息并转发至主控模块，用于规划跟随路径，生成跟随路径信息并转发至主控模块，
充电管理模块，包括至少一个充电供电天线，用于收集电推进航空器的机载储能装置的储能信息，用于根据相对位置信息设定充电供电工作状态，用于根据跟随路径信息设定充电供电天线的转动方向，
移动控制模块，用于根据跟随路径信息调整地面跟随式充电装置的走行状态。
在上述技术方案的基础上，所述地面跟随式充电装置位于电推进航空器的后方或侧方或下方，实现跟随电推进航空器并为电推进航空器充电供电。
在上述技术方案的基础上，当电推进航空器静止时，一辆地面跟随式充电装置为有效无线充电区域内的至少一架电推进航空器充电供电，
当电推进航空器移动时，一辆地面跟随式充电装置仅为一架电推进航空器充电供电。
在上述技术方案的基础上，所述地面跟随式充电装置内置和/或外挂储能模块，用于储存电能；
所述储能模块与充电接口连接，充电接口与充电电缆连接时对所述储能模块充电。
在上述技术方案的基础上，所述地面子***还包括：充电基站，所述充电基站设有至少一条充电电缆，用于为地面跟随式充电装置自动充电。
在上述技术方案的基础上，还包括设于电推进航空器上的机载子***，所述机载子***包括：
机载储能装置，用于存储电能，用于向机载耗电负载提供电能，
能量收发模块，用于接收地面跟随式充电装置发出的无线充电供电信号，用于向地面跟随式充电装置转发机载储能装置运行状态，
能量转换模块，用于接收能量收发模块转发的无线充电供电信号，将无线充电供电信号转换为电能并向机载储能装置充电，
第二无线通信模块，用于向地面跟随式充电装置转发电推进航空器运行状态。
在上述技术方案的基础上，所述机载子***还包括：备用能量收发模块，与能量转换模块连接，用于增大单位时间的无线充电供电信号接收强度，或者用于在能量收发模块接收一辆地面跟随式充电装置的无线充电供电信号时，同时接收另一辆地面跟随式充电装置的无线充电供电信号，
所述一辆地面跟随式充电装置的无线充电供电信号，与另一辆地面跟随式充电装置的无线充电供电信号，处于相同或不同频段。
在上述技术方案的基础上，所述机载子***还包括：
安全范围设定模块，用于设定电推进航空器机型以及机身周围禁止驶入区域，
所述安全范围设定模块与无线通信模块连接，
无线通信模块用于向地面跟随式充电装置转发电推进航空器机型以及机身周围禁止驶入区域。
在上述技术方案的基础上，还包括设于机场的机场管控子***，所述机场管控子***包括：
禁行区域设定模块，用于设定机场范围内禁止驶入区域，
所述禁行区域设定模块与无线通信模块连接，
无线通信模块用于向地面跟随式充电装置转发机场范围内禁止驶入区域。
在上述技术方案的基础上，所述机场管控子***还包括：可视化模块，用于展示各个地面跟随式充电装置的实时位置及实时工作状态。
本发明所述的一种电推进航空器的地面跟随式无线充电***，具有以下有益效果：
当电推进航空器未飞离地面时，通过地面跟随式充电装置自动跟随电推进航空器，为电推进航空器及时充电供电，避免或减少电推进航空器在地面阶段消耗机载储能装置中的电能，机载储能装置可以在电推进航空器飞离地面后再投入工作，有效的延长了电推进航空器的航程、可飞行时间。
附图说明
本发明有如下附图：
附图用于更好地理解本发明，不构成对本发明的不当限定。其中：
图1现有的电推进航空器能源提供方案示意图一。
图2现有的电推进航空器能源提供方案示意图二。
图3本发明所述一种电推进航空器的地面跟随式无线充电***的实施例一的***架构图。
图4本发明所述一种电推进航空器的地面跟随式无线充电***的实施例二的***架构图。
图5本发明所述一种电推进航空器的地面跟随式无线充电***的实施例三的***架构图。
图6本发明所述一种电推进航空器的地面跟随式无线充电***的实施例四的***架构图。
图7本发明所述一种电推进航空器的地面跟随式无线充电***的实施例五的***架构图。
图8本发明所述一种电推进航空器的地面跟随式无线充电***的实施例六的***架构图。
图9本发明所述一种电推进航空器的地面跟随式无线充电***的实施例七的***架构图。
图10本发明所述一种电推进航空器的地面跟随式无线充电***的实施例八的***架构图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。所述详细说明，为结合本发明的示范性实施例做出的说明，其中包括本发明实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本发明的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
如图3所示，本发明给出了一种电推进航空器的地面跟随式无线充电***，包括：地面子***，所述地面子***包括若干地面跟随式充电装置，用于为处于地面阶段的电推进航空器充电供电，如前文所述，所述地面阶段指电推进航空器未飞离地面，包括：静止阶段，滑行阶段，起飞阶段；
所述地面跟随式充电装置包括：
主控模块，用于地面跟随式充电装置的走行控制，用于充电供电的状态管理，用于航空器跟随的状态解析，用于信息的收发控制，
第一无线通信模块，与主控模块连接，用于接收控制指令并转发至主控模块进行解析，用于从主控模块获取地面跟随式充电装置的运行状态并对外发出，所述控制指令由外部发给地面跟随式充电装置，用于实现对地面跟随式充电装置的管理及控制，对外发出地面跟随式充电装置的运行状态目的在于外部能实时或及时的掌握地面跟随式充电装置的位置、状态等信息，以满足对地面跟随式充电装置的管理及控制的需要，
航空器跟随模块，与主控模块连接，用于锁定一架处于地面阶段的电推进航空器，用于收集地面跟随式充电装置与电推进航空器的相对位置，生成相对位置信息并转发至主控模块，用于规划跟随路径，生成跟随路径信息并转发至主控模块，通过航空器跟随模块实现地面跟随式充电装置与电推进航空器的匹配及位置跟随，确保二者始终处于有效无线充电区域的范围之内，以确保充电供电的效率及可靠性，同时合理规划后的跟随路径信息可有效保证电推进航空器的安全，
如图6所示，所述地面子***用于为处于地面阶段的电推进航空器在一定距离范围内无线充电供电，所述一定距离范围指有效无线充电区域，
充电管理模块(亦称为充能管理模块)，包括至少一个充电供电天线(图中未示出)，用于收集电推进航空器的机载储能装置的储能信息，用于根据相对位置信息设定充电供电工作状态，用于根据跟随路径信息设定充电供电天线的转动方向，由于地面跟随式充电装置与电推进航空器的相对位置是变化的，加之电推进航空器的机载储能装置的已存储电量也是变化的，因此通过充电管理模块对充电供电天线的朝向、角度，充电功率、电流等进行管理及控制，确保充电供电的效率，
移动控制模块，用于根据跟随路径信息调整地面跟随式充电装置的走行状态，走行状态包括走行方向，走行速度。
作为可选择的实施方案之一，所述移动控制模块可外接激光雷达，用于探测周边的地形及障碍物。激光雷达为可选配置，用于提高安全性能，并实现更精确的走形状态控制。
在上述技术方案的基础上，所述地面跟随式充电装置位于电推进航空器的后方或侧方或下方，实现跟随电推进航空器并为电推进航空器充电供电。
在上述技术方案的基础上，当电推进航空器静止时，一辆地面跟随式充电装置为有效无线充电区域内的至少一架电推进航空器充电供电，
当电推进航空器移动时，一辆地面跟随式充电装置仅为一架电推进航空器充电供电。
电推进航空器静止时，多架电推进航空器的停靠距离可能较近，此时，一辆地面跟随式充电装置的有效无线充电区域内可能有多架电推进航空器，故根据各种情况的综合判断，一辆地面跟随式充电装置为有效无线充电区域内的一架或多架电推进航空器充电供电，
电推进航空器移动时，速度或快或慢，此时，一辆地面跟随式充电装置的有效无线充电区域内不可能有其他电推进航空器，故一辆地面跟随式充电装置仅为一架电推进航空器充电供电，但是，电推进航空器移动时，随着其位置的变化，可安排多辆地面跟随式充电装置分区域的为同一架电推进航空器充电供电，以提高工作效率。
在上述技术方案的基础上，如图4所示，所述地面跟随式充电装置内置和/或外挂储能模块，用于储存电能；
所述储能模块与充电接口连接，充电接口与充电电缆连接时对所述储能模块充电。
储能模块一方面为主控模块等地面跟随式充电装置内部的模块供电，另一方面通过充电管理模块为处于地面阶段的电推进航空器无线充电供电。
在上述技术方案的基础上，如图5所示，所述地面子***还包括：充电基站(亦称为充能基站)，所述充电基站设有至少一条充电电缆，用于为地面跟随式充电装置自动充电。
充电电缆一端与充电基站连接，另一端与充电接口连接，通过充电接口为内置和/或外挂的储能模块充电。
作为可选择的实施方案之一，充电电缆与充电接口磁吸连接。
在上述技术方案的基础上，如图7所示，还包括设于电推进航空器上的机载子***，所述机载子***包括：
机载储能装置，用于存储电能，用于向机载耗电负载提供电能，
能量收发模块，用于接收地面跟随式充电装置发出的无线充电供电信号，用于向地面跟随式充电装置转发机载储能装置运行状态，机载储能装置运行状态中至少包括前述充电管理模块所需的机载储能装置的储能信息，
能量转换模块，用于接收能量收发模块转发的无线充电供电信号，将无线充电供电信号转换为电能并向机载储能装置充电，
第二无线通信模块，用于向地面跟随式充电装置转发电推进航空器运行状态，以便航空器跟随模块收集地面跟随式充电装置与电推进航空器的相对位置及相关数据处理。
在上述技术方案的基础上，所述电推进航空器运行状态包括：电推进航空器当前位置信息，电推进航空器当前速度信息。
地面跟随式充电装置接收到电推进航空器运行状态后，解析并计算得出地面跟随式充电装置与电推进航空器的相对位置，并规划跟随路径。具体算法可采用现有技术实现，不再详述。
在上述技术方案的基础上，如图8所示，所述机载子***还包括：备用能量收发模块，与能量转换模块连接，用于增大单位时间的无线充电供电信号接收强度，或者用于在能量收发模块接收一辆地面跟随式充电装置的无线充电供电信号时，同时接收另一辆地面跟随式充电装置的无线充电供电信号，
所述一辆地面跟随式充电装置的无线充电供电信号，与另一辆地面跟随式充电装置的无线充电供电信号，处于相同或不同频段。
在上述技术方案的基础上，如图9所示，所述机载子***还包括：
安全范围设定模块，用于设定电推进航空器机型以及机身周围禁止驶入区域，
所述安全范围设定模块与无线通信模块连接，
无线通信模块用于向地面跟随式充电装置转发电推进航空器机型以及机身周围禁止驶入区域。
出于提高安全性的考虑，电推进航空器机型不同，则其机身周围的某些区域不应允许地面跟随式充电装置行驶，因此，通过安全范围设定模块对禁止驶入区域进行设定，禁止驶入区域与机型匹配，并转发给地面跟随式充电装置，以便合理规划跟随路径；
地面跟随式充电装置的第一无线通信模块接收电推进航空器机型以及机身周围禁止驶入区域后，
航空器跟随模块在规划跟随路径时，排除驶入机身周围禁止驶入区域的危险跟随路径。
在上述技术方案的基础上，如图10所示，还包括设于机场的机场管控子***，所述机场管控子***包括：
禁行区域设定模块，用于设定机场范围内禁止驶入区域，
所述禁行区域设定模块与无线通信模块连接，
无线通信模块用于向地面跟随式充电装置转发机场范围内禁止驶入区域，
地面跟随式充电装置的第一无线通信模块接收机场范围内禁止驶入区域后，
航空器跟随模块在规划跟随路径时，排除驶入机场范围内禁止驶入区域的危险跟随路径。
在上述技术方案的基础上，所述机场管控子***还包括：可视化模块，用于展示各个地面跟随式充电装置的实时位置及实时工作状态。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电推进航空器的地面跟随式无线充电***，其特征在于，包括：地面子***，所述地面子***包括若干地面跟随式充电装置，用于为处于地面阶段的电推进航空器充电供电，
所述地面跟随式充电装置包括：
主控模块，用于地面跟随式充电装置的走行控制，用于充电供电的状态管理，用于航空器跟随的状态解析，用于信息的收发控制，
第一无线通信模块，与主控模块连接，用于接收控制指令并转发至主控模块进行解析，用于从主控模块获取地面跟随式充电装置的运行状态并对外发出，
航空器跟随模块，与主控模块连接，用于锁定一架处于地面阶段的电推进航空器，用于收集地面跟随式充电装置与电推进航空器的相对位置，生成相对位置信息并转发至主控模块，用于规划跟随路径，生成跟随路径信息并转发至主控模块，
充电管理模块，包括至少一个充电供电天线，用于收集电推进航空器的机载储能装置的储能信息，用于根据相对位置信息设定充电供电工作状态，用于根据跟随路径信息设定充电供电天线的转动方向，
移动控制模块，用于根据跟随路径信息调整地面跟随式充电装置的走行状态。
2.如权利要求1所述的一种电推进航空器的地面跟随式无线充电***，其特征在于，所述地面跟随式充电装置位于电推进航空器的后方或侧方或下方，实现跟随电推进航空器并为电推进航空器充电供电。
3.如权利要求1所述的一种电推进航空器的地面跟随式无线充电***，其特征在于，当电推进航空器静止时，一辆地面跟随式充电装置为有效无线充电区域内的至少一架电推进航空器充电供电，
当电推进航空器移动时，一辆地面跟随式充电装置仅为一架电推进航空器充电供电。
4.如权利要求1所述的一种电推进航空器的地面跟随式无线充电***，其特征在于，所述地面跟随式充电装置内置和/或外挂储能模块，用于储存电能；
所述储能模块与充电接口连接，充电接口与充电电缆连接时对所述储能模块充电。
5.如权利要求4所述的一种电推进航空器的地面跟随式无线充电***，其特征在于，所述地面子***还包括：充电基站，所述充电基站设有至少一条充电电缆，用于为地面跟随式充电装置自动充电。
6.如权利要求4所述的一种电推进航空器的地面跟随式无线充电***，其特征在于，还包括设于电推进航空器上的机载子***，所述机载子***包括：
机载储能装置，用于存储电能，用于向机载耗电负载提供电能，
能量收发模块，用于接收地面跟随式充电装置发出的无线充电供电信号，用于向地面跟随式充电装置转发机载储能装置运行状态，
能量转换模块，用于接收能量收发模块转发的无线充电供电信号，将无线充电供电信号转换为电能并向机载储能装置充电，
第二无线通信模块，用于向地面跟随式充电装置转发电推进航空器运行状态。
7.如权利要求6所述的一种电推进航空器的地面跟随式无线充电***，其特征在于，所述机载子***还包括：备用能量收发模块，与能量转换模块连接，用于增大单位时间的无线充电供电信号接收强度，或者用于在能量收发模块接收一辆地面跟随式充电装置的无线充电供电信号时，同时接收另一辆地面跟随式充电装置的无线充电供电信号，
所述一辆地面跟随式充电装置的无线充电供电信号，与另一辆地面跟随式充电装置的无线充电供电信号，处于相同或不同频段。
8.如权利要求6所述的一种电推进航空器的地面跟随式无线充电***，其特征在于，所述机载子***还包括：
安全范围设定模块，用于设定电推进航空器机型以及机身周围禁止驶入区域，
所述安全范围设定模块与无线通信模块连接，
无线通信模块用于向地面跟随式充电装置转发电推进航空器机型以及机身周围禁止驶入区域。
9.如权利要求4所述的一种电推进航空器的地面跟随式无线充电***，其特征在于，还包括设于机场的机场管控子***，所述机场管控子***包括：
禁行区域设定模块，用于设定机场范围内禁止驶入区域，
所述禁行区域设定模块与无线通信模块连接，
无线通信模块用于向地面跟随式充电装置转发机场范围内禁止驶入区域。
10.如权利要求9所述的一种电推进航空器的地面跟随式无线充电***，其特征在于，所述机场管控子***还包括：可视化模块，用于展示各个地面跟随式充电装置的实时位置及实时工作状态。
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