一种燃料电池无人机的制作方法

1.本发明涉及无人机技术领域，特别涉及，一种燃料电池无人机。


背景技术：

2.无人机发展至今已有百年历史，目前已经被广泛应用于军事和民用领域。军用无人机改变了传统的作战模式，向中继通讯、情报搜集、电子对抗和空中打击四大职能转变；民用无人机也在农林植保、电力巡检、消防救灾、气象监测、包裹派送等领域发挥着举足轻重的作用。无人机作为一种利用无线电设备或自带程序控制、可重复使用的不载人航天器，按照飞行平台构型可以分为固定翼、旋翼、伞翼、扑翼、直升飞机和无人飞艇等类型。
3.传统电动多旋翼无人机由于动力系统多采用锂电池供电，锂电池的能量密度有限，导致动力系统体积重量偏大，制约挂载任务系统能力；低温充放电能力较差，当环境温度达到零下2℃时放电能力大大衰减，应用场景受到很大局限，续航时间短，且目前大部分采用锂电池多旋翼无人机续航时间只有40分钟左右，无法满足使用要求，且无人机结构复杂不易携带。
4.针对上述问题，现设计一种燃料电池无人机，解决上述问题，易于广泛应用并用于改善现状。


技术实现要素：

5.针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于，提供一种燃料电池无人机，以解决现在技术所存在的传统锂电池供电的多旋翼无人机续航时间短、载荷能力小、环境适应性差，同时不易携带的问题。
6.本发明提供了一种燃料电池无人机，包括：
7.机体，包括机身、与所述机身可拆卸连接的若干机臂、与所述机臂连接的动力模块、以及与所述机身可拆卸连接的脚架,所述机身为壳体结构；
8.供电电堆，与所述机身连接，所述供电电堆与所述动力模块电连接；
9.储能装置，与所述机身连接，所述储能装置与所述供电电堆连通。
10.优选地，所述机身包括：
11.支撑壳体，与所述储能装置可拆卸连接；
12.接口，与所述支撑壳体一体成型、且设有若干个，若干所述接口周向均匀设置在所述支撑壳体上，所述接口与所述机臂可拆卸连接、且与所述机臂一一对应连接。
13.优选地，所述机臂包括：
14.臂柱；
15.第一连接部，设置于所述臂柱的一端、且与所述臂柱一体成型，所述第一连接部与所述接口连接；
16.第二连接部，设置于所述臂柱的另一端、且与所述臂柱一体成型，所述第二连接部与所述臂柱之间圆滑过渡，所述第二连接部与所述动力模块连接。
17.优选地，所述脚架包括：
18.支撑腿，与所述支撑壳体连接，所述支撑腿为c形柱状结构；
19.横杆，与所述支撑腿可拆卸连接。
20.优选地，所述储能装置包括若干储氢瓶，若干所述储氢瓶之间设有连接件，所述连接件的两端设有与所述机身可拆卸连接的固定带。
21.优选地，所述机身上设有与所述储氢瓶外表适配的凹槽。
22.优选地，所述供电电堆包括：
23.电池组；
24.进气端板，设置在所述电池组的一端、且与所述储能装置连通；
25.排气端板，设置在所述电池组的另一端，且与所述进气端板通过连接杆连接，所述连接杆并排设有若干个；
26.固定边板，分别与所述电池组和所述机身连接。
27.优选地，还包括：
28.飞控导航模块，分别与所述动力模块和所述供电电堆电连接；
29.地形感知模块，与所述机身连接、且与所述供电电堆电连接；
30.无线传输模块，分别与所述飞控导航模块和所述地形感知模块电连接。
31.优选地，所述储能装置与所述供电电堆之间还设有减压阀，所述减压阀为一体化结构。
32.优选地，所述供电电堆为钛合金氢空燃料电池。
33.由上述方案可知，本发明提供的一种燃料电池无人机。机身为轻量化的壳体结构，减小了该种燃料电池无人机本身的重量，增加了载荷能力；供电电堆为高比功率的燃料电池，提高了续航时间，工作温度范围扩大，环境适应性增强；机身与机臂、机身与脚架为可拆卸链接，方便拆卸携带；储能装置由若干氢气瓶组成，储能装置与机身可拆卸连接，减小了储能装置与供电电堆的距离，方便了氢气瓶的替换和供氢。本发明解决了传统锂电池供电的多旋翼无人机续航时间短、载荷能力小、环境适应性差的问题，同时结构简单，作用效果显著，适于广泛推广。
附图说明
34.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
35.图1为本发明实施例提供的一种燃料电池无人机的结构示意图；
36.图2为图1所示的一种燃料电池无人机的爆炸结构示意图；
37.图3为图1所示的储氢瓶的立体结构示意图；
38.图4为图1所示的供电电堆的结构示意图；
39.图5为本发明实施例3所示的快拆件的结构示意图；
40.图6为本发明实施例3所示的电磁锁扣的结构示意图。
41.图1
‑
6中：
42.1、机体；2、供电电堆；3、储能装置；4、工业相机；5、激光雷达；6、电磁锁扣；11、机身；12、机臂；13、动力模块；14、脚架；21、电池组；22、进气端板；23、排气端板；24、固定边板；25、连接杆；31、储氢瓶；32、固定带；33、快拆件；61、锁扣件；62、电磁件；111、支撑壳体；112、接口；121、臂柱；122、第一连接部；123、第二连接部；141、支撑腿；142、横杆；311、储氢瓶出气口；331、第一连接块；332、第二连接块；333、卡接件；334、电磁开关；341、进气连接口。
具体实施方式
43.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
44.实施例1
45.请一并参阅图1至图6，现对本发明提供的一种燃料电池无人机的一种具体实施方式进行说明。该种燃料电池无人机，包括：机体1、供电电堆2和储能装置3，机体1包括机身11、与机身11可拆卸连接的若干机臂12、与机臂12连接的动力模块13、以及与机身11可拆卸连接的脚架14,机身11为壳体结构；供电电堆2与机身11连接，供电电堆2与动力模块13电连接；储能装置3与机身11连接，储能装置3与供电电堆2连通。
46.机体1为六旋翼结构，机身11与6个机臂12插接，方便拆卸携带，脚架14上设有连接块，连接块与机身11通过螺钉可拆卸连接，提高了机体1的拆卸和安装速度，同时方便携带运输。脚架14用于吸收一部分降落冲击力，使飞机降落更平稳。机身11为中空的壳体结构，使机体1轻量化，提高了机体1的有效载荷能力。储能装置3通过输送管道向供电电堆2输送氢气，在供电电堆2接收氢气和氧气，通过氢氧化学作用，生成水，产生热能和电能产生电能，为动力模块13供电，氧气来源为空气，供电电堆2内部的反应生成电能，能量转换效率高、无污染排放，储能装置3储存高压氢气，能量密度高，提高了续航能力。供电电堆2为轻量化钛合金燃料电池，扩大了工作温度的范围。
47.与现有技术相比，该种燃料电池无人机，机身11为轻量化的壳体结构，高比功率的燃料电池供电电堆2为动力模块13供电，延长了燃料电池无人机的续航时间，提高了载荷能力，增强了环境适应性，机臂12与机身11可拆卸连接，方便携带，解决了传统锂电池供电的多旋翼无人机续航时间短、载荷能力小、环境适应性差、不方便携带的问题，同时本发明结构简单，作用效果显著，适于广泛推广。
48.实施例2
49.作为本发明实施例的一种具体实施方式，请一并参阅图1至图6，本实施例提供的一种燃料电池无人机的结构与实施例1基本相同，其不同之处在于：机身11包括：支撑壳体111、接口112，支撑壳体111与储能装置3可拆卸连接，接口112与支撑壳体111一体成型、且设有若干个，若干接口112周向均匀设置在支撑壳体111上，接口112与机臂12可拆卸连接、且与机臂12一一对应连接。接口112设有六个，接口112与机臂12插接，既机身11周围连接有六个机臂12。支撑壳体111和接口112使用碳纤维材料，支撑壳体111为扁圆形壳体结构，减小了飞行阻力，接口112为中空壳体结构、且接口112与支撑壳体111的内部连通，采用一体成型注塑技术制成，减少了应用连接件连接所占的重量，减轻了整体的重量，使机身11轻量
化，同时，提升了有效载荷能力。
50.在本实施例中，机臂12包括：臂柱121、第一连接部122、第二连接部123，第一连接部122设置于臂柱121的一端、且与臂柱121一体成型，第一连接部122与接口112连接；第二连接部123设置于臂柱121的另一端、且与臂柱121一体成型，第二连接部123与臂柱121之间圆滑过渡，第二连接部123与动力模块13连接。臂柱121、第一连接部122、第二连接部123均为碳纤维材料的壳体结构，采用一体成型注塑技术制成，在提升机体1强度的同时，减小机体1重量，使机体1轻量化。动力模块13嵌入第二连接部123的内部。
51.在本实施例中，脚架14包括：支撑腿141、横杆142，支撑腿141与支撑壳体111连接，支撑腿141为c形柱状结构；横杆142与支撑腿141可拆卸连接。支撑腿141为c形中空柱状结构，承受一部分降落冲击力，支撑腿141、横杆142的材料为碳纤维，减小了该种燃料电池无人机的重量，易于起飞和灵活控制。横杆142包括同轴线线性排列的两根杆件，两根杆件通过连接部连接的，连接部与支撑腿141连接处设有开口，便于插接固定，开口两端通过螺栓固定。
52.在本实施例中，储能装置3包括若干储氢瓶31，若干储氢瓶31之间设有连接件，连接件的两端设有与机身11可拆卸连接的固定带32。机身11上设有与储氢瓶31外表适配的凹槽。凹槽设置在机身11的顶部，储能装置3设置在机身11的顶部。储能装置3包括三个储氢瓶31，三个储氢瓶31之间设有连接件，连接件与储氢瓶31接触的面与储氢瓶31的表面形状适配，连接件通过固定带32与其中一个储氢瓶31固定，连接件通过两端的固定带32与机身11顶部连接，固定带32、连接件和机身11之间固定另外两个储氢瓶31。固定带32上设有卡扣，固定带32通过卡扣可拆卸连接，用于在耗尽储氢瓶31内的氢气后直接松开卡扣，更换储氢瓶31，达到了易更换和维护的效果。通过固定带32将储氢瓶31与机身11连接，使储氢瓶31不受单一方向偏载外力的影响。
53.在本实施例中，供电电堆2包括：电池组21、进气端板22、排气端板23、以及固定边板24，设置在电池组21的一端、且与储能装置3连通；排气端板23设置在电池组21的另一端、且与进气端板22通过连接杆25连接，连接杆25并排设有若干个；固定边板24分别与电池组21和机身11连接。
54.排气端板23与进气端板22相对设置在电池组21的两端，氢气按照电堆极板流场进入供电电堆2后与空气发生反应，保证供电电堆2内部生成的水顺利排出，供电电堆2内部的氢气浓度在最佳状态；排气端板23与电池组21之间夹设有绝缘板，进气端板22与电池组21之间也夹设有绝缘板；进气端板22与排气端板23通过六根并排设置的连接杆25连接；电池组21为钛合金双极板电池组，电池组21上下两端设有相对设置的两块固定边板24，固定边板24上设有安装孔，机身11底部设有与安装孔固定连接的固定件，固定边板24上安装孔通过螺钉与机身11底部固定机架连接；进气端板22、排气端板23、以及固定边板24采用比重低、强度大的合金材料，合金材料可以为：航空铝、钛合金，提升了供电电堆2的功率密度。储能装置3通过输送管道与进气端板22的进气口连通，将氢气输送至电池组21，反应完成后，通过排气端板23的排气口排气。需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
55.在本实施例中，储能装置3与供电电堆2之间还设有减压阀，减压阀为一体化结构。减压阀为一体化轻量减压阀，减少了连接件的运用，减轻了重量，减压阀用于将储能装置3内气体通过压力控制输送至供电电堆2。
56.在本实施例中，该种燃料电池无人机，还包括分别与执行器和供电电堆2电连接的飞控导航模块。飞控导航模块包括：飞控组件、导航组件、以及避障组件。飞控组件分别与六个动力模块13电连接，通过分别控制六个动力模块13完成机体1的姿态及位置控制；导航组件对机体1姿态及位置进行测量；避障组件与六个动力模块13电连接，避障组件通过障碍检测器对障碍物进行探测，然后通过计算，分别控制六个动力模块13运动，躲避障碍。
57.在本实施例中，该种燃料电池无人机，还包括与机体1连接的地形感知系统，地形感知系统包括：工业相机4和激光雷达5。工业相机4和激光雷达5与机身11底部连接、且与供电电堆2相邻设置，便于调节机体1的重心，供电电堆2分别与工业相机4和激光雷达5电连接，工业相机4和激光雷达5用于检测地形。
58.在本实施例中，该种燃料电池无人机，还包括与飞控导航模块电连接的无线传输模块。无线传输模块分别与飞控导航模块和动力模块13电连接，接受检测数据，将接收到的数据无线发送到接收装置，无线传输模块还用于将接收装置的指令传输到飞控导航模块和动力模块13，接收装置可以为：遥控器、移动手机。
59.在本实施例中，动力模块13包括：执行器、执行驱动器、桨叶，执行器与机臂12连接；执行驱动器分别与供电电堆2和执行器电连接；桨叶与执行器连接。执行器为电机，执行驱动器为电机驱动器，供电电堆2为执行驱动器和执行器提供电力，执行器带动桨叶转动。六个桨叶由执行驱动器分别控制驱动，方便机体1的起飞和控制。
60.在本实施例中，三个储氢瓶31通过四通输气管与供电电堆2连通。四通输气管包括：三个进气支路和一个出气支路，进气支路与储氢瓶31一一对应连通，出气支路与供电电堆2连通，进气支路与储氢瓶31连接处设有阀门，分别控制各个储氢瓶31向供电电堆2进行输气。储氢瓶31为高压碳纤维ⅳ型瓶，提高了储能装置3的储氢比，增大了储氢量的同时，减小了储能装置3的总重量。
61.本发明通过供电电堆2和储能装置3组成供电系统为动力模块13供电，其中供电电堆2为钛合金金属板燃料空冷燃料电池电堆系统，该供电系统有较宽的工作温度范围，环境适应性性大大增强，使该种燃料电池无人机工作温度范围达到了
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15℃～45℃；储能装置3的储氢瓶31为高储氢比的复合碳纤维材料，可以提升该种燃料电池无人机的续航时间，满足多旋翼无人机长航时的应用需求。
62.实施例3
63.作为本发明实施例的一种具体实施方式，请一并参阅图1至图6，本实施例提供的一种燃料电池无人机的结构与实施例2基本相同，其不同之处在于：机身11底部设有若干排列设置的横向滑动槽和若干排列设置的竖向卡槽，相邻的横向滑动槽与相邻的竖向卡槽之间的间距相等，供电电堆2的固定边板24上设有与相邻滑动槽间距相同的两个滑动连接块，滑动连接块与卡槽活动连接，用于调节该种燃料电池无人机的重心。
64.在本实施例中，该种燃料电池无人机，还包括爆炸预警装置，储能装置3内设有与爆炸预警装置电连接的检测装置，检测装置包括：压力检测器、温度检测器和氢气浓度检测器，爆炸预警装置与遥控器无线连接，固定带32上设有与爆炸预警装置电连接的快拆件33，
固定带32通过快拆件33连接，快拆件33包括第一连接块331，和与第一连接块331卡接的第二连接块332，第一连接块331上滑动连接有卡接件333，卡接件333为可吸附的金属材料，卡接件333与第一连接块331之间设有弹簧，第一连接块331内设有电磁开关334，电磁开关334分别与供电电堆2、爆炸预警装置电连接。初始状态：由于弹簧作用卡接件333伸出并卡住第一连接块331与第二连接块332；危险状态：当爆炸预警装置检测到出现危险，控制电磁开关334通电，吸附卡接件333，克服弹簧压力，使卡接件333收回到第二连接块332内，第一连接块331与第二连接块332分离。
65.在本实施例中，储氢瓶31之间的连接件上设有弹射装置，弹射装置与储氢瓶31接触，弹射装置为柱状腔体结构，腔体结构内部设有活塞，活塞的一端延伸出腔体、且与储氢瓶31接触，弹射装置远离储氢瓶31的一端设有进气孔，进气孔通过输气管与四通输气管的出气支路连通、且连接处靠近供电电堆2，输气管上设有与爆炸预警装置电连接的阀门。四通输气管的进气支路上设有进气连接口341，进气连接口341与储氢瓶31的储氢瓶出气口311可拆卸连接，进气连接口341上设有电磁锁扣6、且通过电磁锁扣6与储氢瓶出气口311卡接，电磁锁扣6与供电电堆2、爆炸预警装置电连接。每个进气支路的进气连接口341均周向设置滑槽，电磁锁扣6包括：锁扣件61和电磁件62，锁扣件61滑动设置在进气连接口341的滑槽内，电磁件62固定在滑槽的一端，锁扣件61通过弹簧与电磁件62连接，当进气连接口341与储氢瓶31出气口插接到位后，锁扣件61通过弹簧压力弹出，卡住进气连接口341与储氢瓶出气口311，为锁紧状态；通电时，电磁件62吸附锁扣件61，进气连接口341与储氢瓶出气口311脱开。当爆炸预警装置通过压力检测器或温度检测器检测到储氢瓶31内出现异常，控制固定带32分离，同时，控制输气管上的阀门打开，氢气通过输气管道进入弹射装置的腔体内，驱动活塞运动，活塞将储氢瓶31推出，然后，爆炸预警装置控制电磁锁扣6通电，四通输气管与储氢瓶31分离。
66.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
67.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。