[发明专利]一种油电混合动力四旋翼无人飞行器

说明书

技术领域

本发明涉及一种无人机的机构设计和飞行控制。特别是涉及一种油电混合动力四旋翼无人飞行器。

背景技术

具有垂直起降和悬停能力的四旋翼飞行器，较之传统单旋翼直升机，具有结构简单、维护容易，桨叶杀伤力小，操作安全的特点。不但在军事领域发挥着日益重要的作用，也在灾害救援、评估，危险环境调查，交通巡视及空中摄影等多个民用领域得到广泛的应用。

目前四旋翼飞行器均采用电池驱动，由于单位质量电池所能存储的能量远小于汽油等化石燃料，所以目前四旋翼飞行器的飞行时间都十分有限，正常负载情况下巡航时间仅为20分钟以内，而燃油动力的单旋翼直升机，巡航时间可长达数个小时。这极大的限制了四旋翼飞行器的应用领域，在需要长巡航时间的应用领域尚不能代替燃油动力的单旋翼直升机。

另一方面，传统燃油动力单旋翼直升机均存在飞行中发动机熄火的风险，虽然可以通过“自旋着陆”的方式挽救飞机，但受限于驾驶员的技术及着陆场地的复杂性，仍极易造成飞行器损毁以及地面的损失。

油电混合动力的动力方案已广泛应用于汽车、火车等领域，这一方案保证了发动机始终工作在最佳工况下，此时的燃油经济性可达到最优，排放的污染物也相对较少，但尚无应用于飞行器上的报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够极大的延长四旋翼飞行器的续航时间的油电混合动力四旋翼无人飞行器。

本发明所采用的技术方案是：一种油电混合动力四旋翼无人飞行器，包括有机体和连接在机体上的机架，所述的机架是由四个相同的机臂两两相对接组成的十字型机架，每一个机臂的端部都设置一组电动动力单元，所述的机体包括有：固定在十字型机架中心的上面的上中心板，固定在十字型机架中心的下面的下中心板，设置在上中心板上面的与所述的电动动力单元电连接，用于控制和驱动电动动力单元的控制系统，以及固定在下中心板下面的与控制系统电连接用于向控制系统提供电源的发电单元。

所述的电动动力单元包括有固定在机臂端部的电机座，设置在电机座上的永磁无刷直流电机和连接在永磁无刷直流电机输出轴上的旋翼，所述的永磁无刷直流电机的电源输入端电连接控制系统的输出端。

所述的旋翼的叶片为对称翼型或非对称翼型。

所述的控制系统包括有飞行控制单元、用于驱动电动动力单元的驱动单元、储能动力电池和充电控制单元，其中，所述的飞行控制单元的信号输出端连接驱动单元的信号输入端，所述的驱动单元的输出驱动信号分别连接四组电动动力单元中的永磁无刷直流电机，所述的充电控制单元的输入端连接发电单元的输出端，充电控制单元的输出连接储能动力电池用于对储能动力电池进行充电，所述的储能动力电池连接驱动单元进行供电。

所述的飞行控制单元包括有处理器，分别连接处理器的惯性测量模块和数据收发模块，所述处理器的输出信号连接驱动单元。

所述的发电单元包括有固定在下中心板下面的汽油发动机和连接在汽油发动机的输出轴上的发电机，所述的发电机的输出连接充电控制单元。

所述的汽油发动机为二冲程或四冲程的发动机。

所述的下层中心板与汽油发动机之间设置有用于隔离震动的缓冲垫层。

所述的机臂上设置有具有缓冲作用的起落装置。

所述的机臂为中空结构，所述中空结构内置有连接在驱动单元与电动动力单元中的永磁无刷直流电机之间的导线。

本发明的一种油电混合动力四旋翼无人飞行器，通过油电混合动力的方式，极大的延长了四旋翼飞行器的续航时间，所提出的油电混合驱动方式，避免了传统燃油动力的单旋翼直升机飞行中发动机熄火所带来的风险，燃油发动机熄火后，仍可利用储存的电能安全的操纵多旋翼飞行器着陆。通过合理的选择燃油发动机的工作状态，使整体飞行器的燃油经济性达到最高，同时降低污染物的排放。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明中控制系统的构成框图。

图中

1：机体                 11：上中心板

12：下中心板            13：控制系统

131：飞行控制单元       132：驱动单元

133：储能动力电池       134：充电控制单元

1311：处理器            1312：惯性测量模块

1313：数据收发模块      14：发电单元

141：汽油发动机         142：发电机