CN117120334A - 具有带有优化的功率管理的电气武器***的作战飞行器 - Google Patents

Abstract

一种固定翼作战飞行器(10)，包括电源(20)、推进***(30)、包括飞行控制***的低功率非推进组件(40)、包括电气武器***(52)的高功率非推进组件(50)，以及管理单元(60)，该管理单元被配置为根据指令选择性地建立多种操作模式，多种操作模式包括：飞行模式，在飞行模式下，管理单元将由电源供应的电功率分配给推进***和低功率非推进组件，以及攻击模式，在攻击模式下，管理单元将由电源供应至推进***和低功率非推进组件的电功率限制为使得飞行器能够滑翔所需的功率，并且将可用的电功率的大部份保留给高功率非推进组件。

Description

具有带有优化的功率管理的电气武器***的作战飞行器

技术领域

本发明涉及具有电气武器***的作战飞行器领域。

背景技术

混合推进飞行器，特别是无人驾驶机或飞行器(UAV)是已知的。这种飞行器的电源(涡轮发电机、电池)必须能够提供使飞行器移动所需的功率，而且还必须能够向机载非推进***，即向飞行控制***(控制面、计算机等)提供电功率，而且在适用的情况下，还能够向电气武器***(诸如电子武器***和定向能武器)提供电功率。

随着电气武器***的发展，与电气武器***相比，推进所需的功率部分趋于明显地减少。

这种演变导致电源尺寸过大，这对飞行器的整体重量是不利的，并且由此限制了可以装载在这种飞行器上的武器***的质量。

在这种情况下，需要一种飞行器以及实现该飞行器的方法，使得能够增加该飞行器的电气武器***可用的电功率，同时限制电源必须能够提供的最大功率水平，从而避免电源的尺寸过大。

发明内容

为此，本发明提出一种固定翼作战飞行器，包括：

-电源，

-推进***，

-低功率非推进组件，所述低功率非推进组件包括飞行控制***，

-高功率非推进组件，所述高功率非推进组件包括电气武器***，以及

-管理单元。

根据本发明，所述管理单元被配置为根据指令选择性地建立多种操作模式，所述多种操作模式包括：

-飞行模式，在飞行模式下，所述管理单元根据需要将由所述电源供应的电功率分配给所述推进***和所述低功率非推进组件，和

-攻击模式，在攻击模式下，所述管理单元将由所述电源供应至所述推进***和所述低功率非推进组件的所述电功率限制为使得所述飞行器能够滑翔所需的功率，并且将可用的所述电功率的大部分保留给所述高功率非推进组件。

如此配置的管理单元使得能够利用由于飞行器固定翼而导致的飞行器的滑翔能力，以便在电气武器***的使用阶段期间降低推进***和低功率非推进组件的功率需求，从而为电气武器***保留最大可用的电功率。

因此，根据是否使用了电气武器***，本发明使得能够在飞行器的整个飞行过程中对飞行器上可用的电功率的使用进行优化。

根据本发明的其他有利方面，所述连接装置具有在技术上可行的单独或组合采用的以下特征中的一个或多个：

-所述电源包括涡轮发电机和电气存储单元；

-所述攻击模式包括所述电气武器***关闭的待机模式，以及所述电气武器***运行的发射模式；

-所述管理单元被配置为在所述待机模式下，将所述涡轮发电机设置为伪空闲状态，并且将所述涡轮发电机产生的全部所述电功率分配给所述低功率非推进组件；

-所述管理单元被配置为在所述待机模式下，将所述涡轮发电机设置为伪空闲状态，在伪空闲状态下，由所述涡轮发电机产生的所述电功率的一部分被输送到所述低功率非推进组件，而由所述涡轮发电机产生的所述电功率的其余部分被用于对所述电气存储单元进行充电；

-所述管理单元被配置为在所述发射模式下，将所述涡轮发电机设置为全功率状态，并且将由所述涡轮发电机产生的所述电功率的至少大部分分配给所述电气武器***；

-所述管理单元被配置为在所述发射模式下，将由所述电气存储单元能够输送的最大功率分配给所述电气武器***；

-所述电气武器***包括电子武器***和定向能武器中的至少一个。

本发明还涉及一种用于实现上述类型的飞行器的方法，该方法依次包括以下步骤：

-A)起飞、爬升，并且开始巡航，其中，所述管理单元被保持在飞行模式，随后

-B)在将所述管理单元切换到所述攻击模式之后，进行攻击，随后

-C)在将所述管理单元切换到所述飞行模式之后，结束巡航并且下降。

在所述方法的示例性实现方式中，步骤B)包括：将所述管理单元切换到所述待机模式，随后将所述管理单元切换到发射模式。

附图说明

阅读以下通过非限制性示例给出的描述并且参照附图，本发明将被更好地理解，并且本发明的其他细节、优点和特征将会显现，在附图中：

-图1是根据本发明一个优选实施例的飞行器的示意性俯视图；

-图2是示出了在一次典型飞行任务期间推进***和已知型号飞行器组件的总功率消耗的图表，

-图3是示出了图1的飞行器在一个示例性飞行任务期间的总功率消耗的图表；

-图4是示出了图1的飞行器在另一个示例性飞行任务期间的总功率消耗的图表；

-图5是与图1类似的示出了图1的飞行器的一种操作模式的示意图；

-图6是与图5类似的示出了图1的飞行器的另一种操作模式的示意图。

在所有这些附图中，相同的附图标记可以表示相同或相似的元件。

具体实施方式

图1示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的固定翼作战飞行器10，例如用于无人飞行或无人驾驶机的飞行器。

飞行器10包括例如机身12、固定翼14和尾部16。

飞行器10包括电源20。在飞行器是混合推进飞行器的优选情况下，电源20包括一个(或多个)涡轮发电机22和电气存储单元24。涡轮发电机提供的最大电功率例如为1MW。为此，涡轮发电机例如包括具有3000shp(“轴马力，shaft horse power”)功率的热动力芯部以及转子速度可以达到大于20，000rpm(每分钟转数)的高速发电机。电气存储单元24包括一个(或多个)电池26，并且例如被设计为产生高电压，例如800V(伏特)的高电压。

替代地，飞行器可以是纯电力推进的，在这种情况下，电源可以仅由一个或多个电池组成。

飞行器10还包括推进***30，例如，该推进***包括分布在机身12两侧的固定翼14上的螺旋桨32。在所示的示例中，推进***30包括两个螺旋桨32，每个螺旋桨32能够吸收500KW的电功率并且将其转换为驱动力。

飞行器10还包括被称为低功率非推进组件40的非推进组件，该低功率非推进组件包括飞行控制***。这种***包括飞行器的可动表面以及用于驱动飞行器的所有装置。低功率非推进组件40还可以包括其它辅助***(例如用于除冰)。

飞行器10还包括被称为高功率非推进组件50的非推进组件，该高功率非推进组件包括电气武器***52。这种***包括电子武器***54和定向能武器56中的至少一个。

最后，飞行器包括管理单元60，该管理单元通常被定义为包括***62和控制***64，该***62用于监控和分配飞行器中的电功率，控制***64能够根据需要驱动电源20的不同部件(涡轮发电机22，电气存储单元24)。

根据本发明，管理单元60被配置为根据指令选择性地建立多种操作模式，该多种操作模式包括：

-飞行模式，在飞行模式下，管理单元60根据需要将由电源20供应的电功率分配给推进***30和低功率非推进组件40，以及

-攻击模式，在攻击模式下，管理单元60将由电源供应给推进***30和低功率非推进组件40的电功率限制为使得飞行器10能够滑翔所需的功率，并且将可用的电功率的大部分保留给高功率非推进组件50。

如此配置的管理单元60使得能够利用由于飞行器固定翼14而导致的飞行器的滑翔能力，以便在电气武器***的使用阶段期间降低推进***和低功率非推进组件的功率需求，从而为电气武器***保留最大可用的电功率。

因此，根据是否使用了电气武器***，本发明使得能够在飞行器的整个飞行过程中对飞行器上可用的电功率的使用进行优化。

当然，用于将管理单元60从一种操作模式切换到另一种操作模式的控制是由在飞行器上进行操作的飞行员(在有人驾驶飞行器的情况下)来确保或由飞行员通过可以是常规的通信***远程地操作(在无人驾驶飞行器的情况下)来确保的。替代地，用于将管理单元60从一种操作模式切换到另一种操作模式的控制可以根据预先建立的飞行计划自动地进行操作。

更具体地，攻击模式包括电气武器***52关闭的待机模式以及电气武器***52运行的发射模式。因此，该后一种模式对应于电气武器***52的触发阶段或射击阶段。

在待机模式下，管理单元60有利地配置为将涡轮发电机22设置为伪空闲状态，并且使用由涡轮发电机产生的所有电功率来实现低功率非推进组件40的操作，并且如果存储单元24没有被充分充电以保证随后可以对电气武器***52进行触发，则管理单元使得能够对存储单元进行充电。

在发射模式下，管理单元60被配置为将涡轮发电机22设置为全功率状态，并且将由涡轮发电机22产生的电功率的至少大部分分配给电气武器***52，以使得能够触发电气武器***。

一种用于实现上述类型的飞行器的方法，该方法依次包括以下步骤：

-A)起飞、爬升，并且开始巡航，其中，管理单元60被保持在飞行模式，随后

-B)在将管理单元60切换到攻击模式之后，进行攻击，随后

-C)在将管理单元切换到飞行模式60之后，结束巡航，并且下降。

不同于没有将电气武器***的特定需求考虑在内的常规功率管理策略，其中，该常规功率管理策略如图2所示并且简单地包括起飞阶段A1、爬升阶段A2、巡航阶段A3/C1、随后是下降和着陆阶段C2，根据本发明的方法基于不考虑电气武器***的特定需要的功率管理策略。

本发明特有的步骤B包括处于待机模式的一个或多个操作阶段B1，以及可能的对应于发射模式的对电气武器***52进行触发的一个或多个阶段B2。

因此，图3是与图2类似的一个图表，该图表示出了在一个示例性飞行任务期间根据本发明的方法的步骤的顺序，所述方法的步骤包括在没有对电气武器***52进行有效使用的情况下的处于待机模式的操作阶段B1，而图4是在步骤B包括处于待机模式的操作阶段B1和处于发射模式的操作阶段B2的交替的情况下的类似图表，在操作阶段B2期间，实际上使用了电气武器***52。为此，管理单元60重复地从待机模式切换到发射模式，反之亦然。

图5示出了处于飞行模式下的飞行器10内的功率分布，而图6示出了处于攻击模式下的功率分布，箭头对应于飞行器各部件之间的功率交换，箭头的粗细反映了交换的功率水平。

Claims (10)

1.一种固定翼作战飞行器(10)，包括：

-电源(20)，

-推进***(30)，

-低功率非推进组件(40)，所述低功率非推进组件包括飞行控制***，

-高功率非推进组件(50)，所述高功率非推进组件包括电气武器***(52)，以及

-管理单元(60)，

其特征在于，所述管理单元(60)被配置为根据指令选择性地建立多种操作模式，所述多种操作模式包括：

-飞行模式，在所述飞行模式下，所述管理单元(60)根据需要将由所述电源(20)供应的电功率分配给所述推进***(30)和所述低功率非推进组件(40)，和

-攻击模式，在所述攻击模式下，所述管理单元(60)将由所述电源(20)供应至所述推进***(30)和所述低功率非推进组件(40)的所述电功率限制为使得所述飞行器能够滑翔所需的功率，并且将可用的所述电功率的大部分保留给所述高功率非推进组件(50)。

2.根据权利要求1所述的飞行器，其中，所述电源(20)包括涡轮发电机(22)和电气存储单元(24)。

3.根据权利要求2所述的飞行器，其中，所述攻击模式包括所述电气武器***(52)关闭的待机模式，以及所述电气武器***(52)运行的发射模式。

4.根据权利要求3所述的飞行器，其中，所述管理单元(60)被配置为在所述待机模式下，将所述涡轮发电机(22)设置为伪空闲状态，并且将所述涡轮发电机产生的全部所述电功率分配给所述低功率非推进组件(40)。

5.根据权利要求3或4所述的飞行器，其中，所述管理单元(60)被配置为在所述待机模式下，将所述涡轮发电机(22)设置为伪空闲状态，在伪空闲状态下，由所述涡轮发电机产生的所述电功率的一部分被输送到所述低功率非推进组件(40)，而由所述涡轮发电机产生的所述电功率的其余部分被用于对所述电气存储单元(24)进行充电。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的飞行器，其中，所述管理单元(60)被配置为在所述发射模式下，将所述涡轮发电机(22)设置为全功率状态，并且将由所述涡轮发电机产生的所述电功率的至少大部分分配给所述电气武器***(52)。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的飞行器，其中，所述管理单元(60)被配置为在所述发射模式下，将由所述电气存储单元(24)能够输送的最大功率分配给所述电气武器***(52)。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的飞行器，其中，所述电气武器***(52)包括电子武器***(54)和定向能武器(56)中的至少一个。

9.一种用于实现根据权利要求1至8中任一项所述的飞行器(10)的方法，所述方法依次包括以下步骤：

-A)起飞、爬升，并且开始巡航，其中，所述管理单元(60)被保持在飞行模式，随后

-B)在将所述管理单元(60)切换到所述攻击模式之后，进行攻击，随后

-C)在将所述管理单元(60)切换到所述飞行模式之后，结束巡航并且下降。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，步骤B)包括：将所述管理单元(60)切换到所述待机模式，随后将所述管理单元(60)切换到发射模式。