一种四旋翼小型直升机混合能源供给系统

摘要

本发明涉及一种四旋翼小型直升机混合能源供给系统，该系统通过电子调速器与直升机的无刷电机连接，所述混合能源供给系统包括内燃机、能量分配子系统、充电电路、备用电池、控制电路、第一通断开关和第二通断开关，所述的内燃机与能量分配子系统连接，所述的能量分配子系统分别与充电电路、控制电路、第一通断开关连接，所述的充电电路、备用电池、第二通断开关依次连接，所述的控制电路分别与充电电路、第一通断开关和第二通断开关连接，所述的第一通断开关和第二通断开关分别与电子调速器连接。与现有技术相比，本发明具有能有效地延长四旋翼无人直升机的留空时间，具有重要的工程应用价值等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种能源供给系统，尤其是涉及一种四旋翼小型直升机混合能源 供给系统。

背景技术

近年来，小型直升机在军事侦察、民用通信、气象监测、地质勘探等多个领域 得到了广泛的应用。而小型四旋翼直升机因其优异的性能与灵活的控制方式在无人 机研究领域受到了密切的关注。目前国内外小型无人机分为电驱动与燃油驱动两种 形式。然而因为小型四旋翼直升机的特殊结构和高度耦合的运动控制方式，难以使 用系统响应复杂和工作状态较不稳定的单个燃油发动机驱动，是故绝大多数小型四 旋翼直升机均使用锂电池作为电源。但由于电池技术的进步缓慢，大容量电池所带 来的重量、体积与成本的大幅度增加，使得小型四旋翼直升机的续航时间始终受到 了极大限制，也对其在一些场合的应用造成了很大的不便与局限。

使用内燃机带动发电机发电，并最终由电动机为设备提供动力的方式，上世纪 初就已在内燃机车与常规动力潜艇上有了相当成熟的应用。上述的供能方式在小型 无人机上的应用，近年来国外学者已有了相关研究，并进行了一系列的实验与分析， 验证了混合动力方案的优越性。然而，上述研究主要都关注于内燃机带动发电机供 电方式在小型固定翼飞机上的应用，关于直升机，尤其是小型四旋翼直升机的动力 系统的问题几乎没有提及，国内相关的理论与实验研究也是一片空白。因此，为四 旋翼小型直升机建立一种混合动力供给方案具有重要的工程应用价值。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种四旋翼小型 直升机混合能源供给系统，能有效地延长四旋翼无人直升机的留空时间，具有重要 的工程应用价值。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种四旋翼小型直升机混合能源供给系统，该系统通过电子调速器与直升机的 无刷电机连接，其特征在于，所述混合能源供给系统包括内燃机、能量分配子系统、 充电电路、备用电池、控制电路、第一通断开关和第二通断开关，所述的内燃机与 能量分配子系统连接，所述的能量分配子系统分别与充电电路、控制电路、第一通 断开关连接，所述的充电电路、备用电池、第二通断开关依次连接，所述的控制电 路分别与充电电路、第一通断开关和第二通断开关连接，所述的第一通断开关和第 二通断开关分别与电子调速器连接。

所述的能量分配子系统包括相互连接的发电机和稳压电路，所述的发电机的输 入端与内燃机连接，所述的稳压电路的输出端分别与充电电路、控制电路、第一通 断开关连接。

该混合能源供给系统具有两种工作状态：

1)内燃机正常工作时，直接供电：

当控制电路检测到稳压电路输出正常时，打开第一通断开关与充电电路，同时 关闭第二通断开关，此时由内燃机带动发电机直接为直升机供电，同时给备用电池 充电以最大限度地利用内燃机输出功率；

2)内燃机熄火或稳压电路失效时：

当控制电路检测到稳压电路输出端电压过低时，稳压电路与电子调速器之间的 第一通断开关以及充电电路均通过控制电路关断，同时备用电池与电子调速器之间 的第二通断开关通过控制电路打开，由备用电池为直升机供电。

所述的内燃机为甲醇四冲程内燃机。

所述的稳压电路包括依次连接的全桥整流器和DC/DC电路。

所述的DC／DC电路包括非隔离式降压开关控制器。

与现有技术相比，本发明具有极大地提升了自身携带的能源和输出功率，可 以有效延长无人机的留空时间，能够帮助扩大无人机应用范围，提升无人机的应用 价值。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1所示，一种四旋翼小型直升机混合能源供给系统，该系统通过电子调速 器9与直升机的无刷电机10连接，所述混合能源供给系统包括内燃机1、能量分 配子系统、充电电路4、备用电池5、控制电路6、第一通断开关7和第二通断开 关8，所述的内燃机1与能量分配子系统连接，所述的能量分配子系统分别与充电 电路4、控制电路6、第一通断开关7连接，所述的充电电路4、备用电池5、第二 通断开关8依次连接，所述的控制电路6分别与充电电路4、第一通断开关7和第 二通断开关8连接，所述的第一通断开关7和第二通断开关8分别与电子调速器9 连接。

所述的能量分配子系统包括相互连接的发电机2和稳压电路3，所述的发电机 2的输入端与内燃机1连接，所述的稳压电路3的输出端分别与充电电路4、控制 电路6、第一通断开关7连接。

该混合能源供给系统具有两种工作状态：

1)内燃机正常工作时，直接供电：

当控制电路6检测到稳压电路3输出正常时，打开第一通断开关7与充电电路 4，同时关闭第二通断开关8，此时由内燃机1带动发电机直接为直升机供电，同 时给备用电池充电以最大限度地利用内燃机输出功率；

2)内燃机熄火或稳压电路失效时：

当控制电路6检测到稳压电路3输出端电压过低时，稳压电路3与电子调速器 9之间的第一通断开关7以及充电电路4均通过控制电路6关断，同时备用电池5 与电子调速器9之间的第二通断开关8通过控制电路6闭合，由备用电池5为直升 机供电。

所述的内燃机为甲醇四冲程内燃机。对内燃机的要求是重量小、体积小、功率 充足、利于操作以及便于维护。汽油能量密度大，因此汽油机持续时间更长。甲醇 机轻便，便于维护，输出功率高，发热小，优势也十分明显。四冲程内燃机在功率、 噪声、输出稳定性等方面优于二冲程内燃机。实验发现，甲醇四冲程内燃机为较好 的选择。

将直流无刷电机逆向使用作为发电机，有重量小、体积小、功率充足、输出电 压适合普通电调等显著优点。所述的稳压电路包括依次连接的全桥整流器和 DC／DC电路。所述的DC／DC电路的核心部件为非隔离式降压开关控制器，优点在 于效率高、发热低、允许电流大、运行安全稳定、噪声低、应用成熟、电路结构简 单。

由控制电路、备用电池和通断开关组成的备用电源控制系统，用于在必要时切 断与打开对应通断开关，使得直升机从由发电机直接供电转为由备用电池供电，通 过比较器来进行判断。

充电电路的核心是智能充电管理系统，该系统具有自动充电管理，温度检测等 一系列功能，可设置充电电流，也可以简单地通过高低电平信号来开启／关闭整个 充电电路，优点在于使用紧凑方便可靠，并且控制简单。