一種適用于太陽能飛行器的動力總成及其輸出控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及飛行器動力系統領領域，尤其是涉及一種適用于太陽能飛行器的動力總成及其輸出控制方法。
【背景技術】
[0002]飛行器是由人類制造、能飛離地面、在空間飛行并由人來控制的在大氣層內或大氣層外空間(太空)飛行的器械飛行物。現有的飛行器多是采用化石燃料作為能源。使用化石燃料作為能源有以下幾種缺點:首先，化石燃料是不可再生能源;其次，化石燃料燃燒后會造成環境污染;第三，飛行器整體重量會隨著化石燃料的燃燒變輕，飛行器的質心也會變化，這會影響飛行器飛行的穩定性，給飛行器的設計、控制帶來困難，增加了相應的研發成本;第四，飛行器的續航能力會受到化石燃料的限制，燃料帶少了，續航能力較短，燃料帶多了，又會增加飛行器的總重量。
[0003]因此，為了解決上述現有技術的諸多不足和缺陷，出現了太陽能飛行器。但是，以太陽能作為能源的飛行器，對于其要求最高的是能源轉化的效率，而現有飛行器使用的電動動力總成輸出使用布局相對單一，不能滿足在不同飛行狀態下能耗轉換效率的最大化，不適合于太陽能飛行器在有限功率下的能耗轉換需求。
【發明內容】
[0004]本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種適用于太陽能飛行器的動力總成及其輸出控制方法，實現將太陽能吸收的能源以最大效率的提供給用電設備，提高飛行器動力輸出和功耗轉化效率。
[0005]本發明的目的可以通過以下技術方案來實現:
[0006]—種適用于太陽能飛行器的動力總成，包括太陽能電池板、電源管理器、電源切換開關、蓄電池、電壓分配器、機載設備和多組動力執行單元，所述電源管理器分別連接太陽能電池板、電源切換開關和蓄電池，所述蓄電池與電源切換開關連接，所述電源切換開關通過電壓分配器分別連接機載設備和動力執行單元，所述機載設備與動力執行單元通信連接。
[0007]所述機載設備包括飛控，該飛控分別與多組動力執行單元連接，控制各動力執行單元的狀態。
[0008]所述動力執行單元包括依次連接的無刷電調、無刷電機和螺旋槳，所述無刷電調分別與機載設備和電壓分配器連接。
[0009]還包括監視器，監測太陽能電池板和蓄電池的狀態發回地面接收站。
[0010]所述監視器包括與太陽能電池板連接的第一監視器和與蓄電池連接的第二監視器。
[0011]—種適用于太陽能飛行器的動力總成的輸出控制方法，包括:
[0012]1)飛行器在白天飛行時，電源管理器獲取太陽能電池板輸出的電能，判斷該電能是否大于設定值，若是，則將電能分為兩個部分輸出:一路經過電源切換開關輸出到電壓分配器，電壓分配器將電能分配給機載設備和動力執行單元，另一路對蓄電池進行充電；若否，則直接將電能經過電源切換開關輸出到電壓分配器，電壓分配器將電能分配給機載設備和動力執行單元；
[0013]2)飛行器在夜晚飛行時，電源管理器控制電源切換開關切換至與蓄電池導通，蓄電池的電能輸出到電壓分配器中，電壓分配器將電能分配給機載設備和動力執行單元；
[0014]其中，電壓分配器將電能分配給機載設備和動力執行單元時，飛控獲取飛行器的飛行姿態，同步計算出在當前飛行姿態下飛行所需要的基本拉力和基本功率，控制各動力執行單元的開啟或關閉，或控制螺旋槳折疊。
[0015]所述電源管理器跟蹤太陽能電池板中每個光伏模塊的電壓、電流，使太陽能電池板輸出最大功率。
[0016]與現有技術相比，本發明具有以下優點:
[0017]1)本發明通過電源管理器，將太陽能電池板中每個光伏模塊最大的電壓、電流進行跟蹤并輸出，以輸出最大的功率；
[0018]2)本發明根據飛行器在白天或夜晚的飛行，通過電源管理器控制太陽能電池板和蓄電池的輸出，使太陽能得到最大轉化；
[0019]3)本發明飛行器的飛行姿態的不同，通過飛控關閉單組動力執行單元，同時折疊螺旋槳，減少截面阻力，從而提高能耗效率和空氣動力效率；
[0020 ] 4)本發明設置有監視器，可監視太陽能電池板的轉化狀況和蓄電池的充電、放電、電壓、電流以及容量的狀況，并將實時信息傳回到地面，通過信息處理進行飛機飛行狀況的實時判斷。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發明的結構示意圖；
[0022]圖2為地面接收站的人機界面示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。本實施例以本發明技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。
[0024]如圖1所示，本實施例提供一種適用于太陽能飛行器的動力總成，包括太陽能電池板1、電源管理器2、電源切換開關3、蓄電池4、電壓分配器5、機載設備6和多組動力執行單元7，電源管理器2分別連接太陽能電池板1、電源切換開關3和蓄電池4，蓄電池4與電源切換開關3連接，電源切換開關3通過電壓分配器5分別連接機載設備6和動力執行單元7，機載設備6包括飛控61及GPS、航拍、數傳電臺、伺服控制、圖傳電臺等弱電設備，其中，飛控61分別與多組動力執行單元7通信連接，控制各動力執行單元的狀態。本實施例中設有四組動力執行單元7，各動力執行單元7包括依次連接的無刷電調71、無刷電機72和螺旋槳73，無刷電調71分別與飛控61和電壓分配器5連接。本實施例采用氣動效率優化點上特定動力執行單元的布局方式以匹配各種飛行狀態，這一布局在飛行器處于不同飛行狀態時，可以通過調整動力輸出方式，達到飛行中功耗轉換效率最大化的目的。
[0025]該動力總成還包括與太陽能電池板連接的第一監視器81和與蓄電池連接的第二監視器82，分別監測太陽能電池板的轉化狀況和蓄電池的充電、放電、電壓、電流以及容量的狀況，發回地面接收站，通過信息處理進行飛機飛行狀況的判斷，地面接收站的人機界面如圖2所示。
[0026]由于太陽能飛行器能源非常有限，發動機針對特定飛行狀態下的合理布局，是提高能耗轉換的有效方法。上述動力總成可針對太陽能飛行器不同飛行狀態下的功率需求，和飛行器空氣動力最高效率點來布局動力總成數量，對每單組動力執行單元的轉換效率進行最優化配置。當面對不同飛行狀態功率需求時，單獨或組合啟動動力總成，為飛行器提供動力，針對飛器不需要的空氣動力效率狀態，可以選擇關閉單組動力總成，同時折疊螺旋槳，減少截面阻力，從而提高能耗效率和空氣動力效率。
[0027]上述適用于太陽能飛行器的動力總成的輸出控制方法，包括:
[0028]1)飛行器在白天飛行時，電源管理器接收太陽能電池板的電能并分為兩個部分輸出:一路對蓄電池進行充電，另一路經過電源切換開關輸出到電壓分配器，電壓分配器將電能分配給機載設備和動力執行單元；
[0029]2)飛行器在夜晚飛行時，電源管理器控制電源切換開關切換至與蓄電池導通，蓄電池的電能輸出到電壓分配器中，電壓分配器將電能分配給機載設備和動力執行單元。
[0030]當太陽能電池板1吸收到陽光后，將太陽能轉化為電能，電源管理器2跟蹤太陽能電池板1中每個光伏模塊的電壓、電流，使太陽能電池板輸出最大功率。
[0031]電壓分配器5將電能分配給機載設備6和動力執行單元7時，飛控61獲取飛行器的飛行姿態，使用現有公式同步計算出在當前飛行姿態下飛行所需要的基本拉力和基本功率，控制各動力執行單元的開啟或關閉，可以選擇關閉單組動力執行單元或兩組同時關閉，或控制螺旋槳折疊，減少截面阻力，從而提高能源的利用率和氣動效率。
【主權項】
1.一種適用于太陽能飛行器的動力總成，其特征在于，包括太陽能電池板、電源管理器、電源切換開關、蓄電池、電壓分配器、機載設備和多組動力執行單元，所述電源管理器分別連接太陽能電池板、電源切換開關和蓄電池，所述蓄電池與電源切換開關連接，所述電源切換開關通過電壓分配器分別連接機載設備和動力執行單元，所述機載設備與動力執行單元通信連接。2.根據權利要求1所述的適用于太陽能飛行器的動力總成，其特征在于，所述機載設備包括飛控，該飛控分別與多組動力執行單元連接，控制各動力執行單元的狀態。3.根據權利要求2所述的適用于太陽能飛行器的動力總成，其特征在于，所述動力執行單元包括依次連接的無刷電調、無刷電機和螺旋槳，所述無刷電調分別與機載設備和電壓分配器連接。4.根據權利要求1所述的適用于太陽能飛行器的動力總成，其特征在于，還包括監視器，監測太陽能電池板和蓄電池的狀態發回地面接收站。5.根據權利要求4所述的適用于太陽能飛行器的動力總成，其特征在于，所述監視器包括與太陽能電池板連接的第一監視器和與蓄電池連接的第二監視器。6.—種如權利要求3所述的適用于太陽能飛行器的動力總成的輸出控制方法，其特征在于，包括: 1)飛行器在白天飛行時，電源管理器獲取太陽能電池板輸出的電能，判斷該電能是否大于設定值，若是，則將電能分為兩個部分輸出:一路經過電源切換開關輸出到電壓分配器，電壓分配器將電能分配給機載設備和動力執行單元，另一路對蓄電池進行充電；若否，則直接將電能經過電源切換開關輸出到電壓分配器，電壓分配器將電能分配給機載設備和動力執行單元； 2)飛行器在夜晚飛行時，電源管理器控制電源切換開關切換至與蓄電池導通，蓄電池的電能輸出到電壓分配器中，電壓分配器將電能分配給機載設備和動力執行單元； 其中，電壓分配器將電能分配給機載設備和動力執行單元時，飛控獲取飛行器的飛行姿態，同步計算出在當前飛行姿態下飛行所需要的基本拉力和基本功率，控制各動力執行單元的開啟或關閉，或控制螺旋槳折疊。7.根據權利要求6所述的輸出控制方法，其特征在于，所述電源管理器跟蹤太陽能電池板中每個光伏模塊的電壓、電流，使太陽能電池板輸出最大功率。
【專利摘要】本發明涉及一種適用于太陽能飛行器的動力總成及其輸出控制方法，其中，動力總成包括太陽能電池板、電源管理器、電源切換開關、蓄電池、電壓分配器、機載設備和多組動力執行單元，所述電源管理器分別連接太陽能電池板、電源切換開關和蓄電池，所述蓄電池與電源切換開關連接，所述電源切換開關通過電壓分配器分別連接機載設備和動力執行單元，所述機載設備與動力執行單元通信連接。與現有技術相比，本發明實現將太陽能吸收的能源以最大效率的提供給用電設備，提高飛行器動力輸出和功耗轉化效率。
【IPC分類】B64D41/00, B64D27/24
【公開號】CN105438483
【申請號】CN201510876316
【發明人】毛一青
【申請人】上海奧科賽飛機有限公司
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年12月3日