[发明专利]一种弹射式无人机动力系统快速启动方法

说明书

本发明提供一种弹射式无人机动力系统快速启动方法，解决现有无人机由于低温启动可靠性低、需经历预启动和暖机过程，无法满足箱体发射集群无人机起飞阶段动力要求的问题。该方法包括：步骤一、无人机完全弹射出箱；步骤二、直流无刷电机和活塞式发动机同时启动，高压电子调速器控制直流无刷电机在T1时间内满负荷输出，同时，控制模块将活塞式发动机的油门设置为中小负荷，在直流无刷电机的拖动下，活塞式发动机快速启动，并进入暖机程序；步骤三、活塞式发动机暖机程序完成后，立即满负荷对外输出最大功率，带动螺旋桨为无人机提供动力并完成后续起飞过程，同时高压电子调速器控制直流无刷电机零负荷输出。

技术领域

本发明属于无人机领域，具体涉及一种弹射式无人机动力系统快速启动方法，该方法可实现小型长航时弹射无人机起飞阶段动力系统快速满负荷响应的控制。

背景技术

随着无人机自主化和网络通信技术的发展，无人机的运用模式也在不断发展，单架无人机由于受探测能力、载荷等因素限制，难于完成复杂的飞行任务，而集群无人机可将单个完备无人机平台所具备的各项功能如侦察监视、通信中继等“化整为零”，且其个体数量庞大，具备可执行复杂任务、体系生存率高、覆盖范围广等核心优势，在民用领域具有广泛的应用前景。

基于运输便捷性和快速部署考虑，通常将个体数量庞大的集群无人机放置于发射车高密度布置的发射箱内，其起飞方式一般为箱体内弹射（包括火箭发射和弹射架弹射起飞）。发射箱内部空间极为狭小，当无人机未弹射出箱前，动力系统通常不能预先启动；无人机弹射出箱后，亟需动力系统立即输出最大功率，使无人机空速保持在安全空速以上并迅速爬升至安全高度，以保障起飞阶段的飞行安全，这就对动力系统的瞬时响应速度提出了极高要求。

目前，应用于无人机起飞阶段的动力系统控制方法主要有：

a）基于航空活塞式发动机的动力系统控制方法。起飞前，由控制模块发出启动指令，预先启动发动机（低温环境下，启动2-3次可成功启动），并驱动螺旋桨保持怠速运转，发动机进入暖机程序；经过数十秒以上的暖机过程，待发动机缸温满足使用要求后完成暖机，动力系统进入待飞状态；控制模块发出启动指令后，控制模块调节发动机负荷，输出最大功率并满足起飞要求。该种方式启动时，发动机启动时间较长，低温环境启动可靠性较低；其次，活塞式发动机启动后需经历数十秒以上的热机过程，不能立即满负荷工作；

b）基于纯电驱动动力系统的控制方法。控制模块接收到起飞指令后，通过电子调速器，使电机驱动螺旋桨并输出起飞阶段所需功率。该控制方法较为简单，但是由于电池能量密度受限，难以满足长航时需求；

c）基于油电混合动力系统的控制方法。现有的无人机油电混合动力系统主要表现形式较为多样，其控制方法也各不相同，主要有：

（1）由活塞式发动机驱动发电机，整流输出后，由发电机驱动螺旋桨工作。其起飞阶段的控制方法与基于航空活塞式发动机的螺旋桨推进动力系统相似，包含预启动和暖机阶段，不能短时间内最大功率输出以满足起飞要求；

（2）发动机和电机相互独立工作。其起飞阶段的控制方法主要为：起飞前发动机预启动，并完成暖机程序；起飞指令发出后，发动机和电机均满负荷输出，为起飞阶段提供充足的动力，但是，此种方式需预启动和暖机过程，启动时间较长，不满足集群无人机弹射起飞要求；

（3）发动机和电机通过齿轮传动（或链传动、带传动等型式）实现动力耦合输出，其起飞阶段的控制方法主要为：起飞前，由电机通过齿轮传动带动发动机实现预启动，并完成暖机程序；起飞指令发出后，发动机和电机均满负荷工作并通过齿轮传动耦合输出，带动螺旋桨提供起飞阶段的动力，但同样由于需预启动和暖机过程，启动时间较长，不满足集群无人机弹射起飞要求；另外，此种型式动力系统结构复杂且笨重，外廓尺寸大，占用空间也较大，不满足集群无人机箱内弹射起飞要求；