无人机动力系统及其控制方法、无人机

本申请涉及无人机，尤其涉及一种无人机动力系统及其控制方法、无人机。

背景技术：

1、临近空间的概念是美国学界专家教授率先提出的，即在海平面以上，距离在20千米至100千米之间的空间环境，其空间高度介于航空飞机与卫星两者中间，囊括了三部分区域：一是高度在20千米至55千米的部分大气平流层；二是高度在55千米至85千米的全部大气层；三是高度在85千米至100千米的少量热层。作为独立于空、天的“第三极”，临近空间“上可入天、制天；下可制空、制地”，在遥感、通信、气象探测等领域具有巨大应用价值和独特战略地位，已成为各强国争相开发的新兴战略空间。临近空间飞行器包括临近空间飞艇、充氦气的高空自由浮动气球、平流层高空长航时无人机、远距离遥控滑翔飞行器等多种形式。临近空间飞行器可以在早期预警、侦察监视、通信保障、电子对抗、导航定位等方面实现空天地信息的有效中继和衔接，而且由于临近空间飞行器易于实现长时间高超音速飞行，这就使其越来越成为远程快速打击武器的新宠。

2、虽然国外已经开展了大量的临近空间无人机项目，但大多数仍未能实现。其中，推进技术的发展是最大的挑战之一。由于临近空间无人机的任务要求和飞行环境与传统飞机和无人机有着显著的不同，因此无人机在临近空间飞行容易出现动力不足和航时较短等问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请的目的在于提出一种无人机动力系统及其控制方法、无人机。

2、基于上述目的，本申请第一方面提供了无人机动力系统，包括：发动机、第一离合器、驱动电机、螺旋桨和多级增压子系统；发动机的输出轴与所述第一离合器的输入端连接，所述第一离合器的输出端与所述驱动电机的转子轴的第一端连接；所述转子轴的第二端与所述螺旋桨连接；当所述第一离合器闭合时，所述无人机动力系统处于所述发动机、所述驱动电机和所述螺旋桨同轴转动的驱动状态；所述多级增压子系统包括低压级增压器、高压级增压器和电动增压器；所述低压级增压器包括相互连接的低压级压气机和低压级涡轮机；所述高压级增压器包括相互连接的高压级压气机和高压级涡轮机；所述电动增压器包括相互连接的电动增压压气机和增压电动机；所述低压级压气机、所述高压级压气机、所述电动增压压气机和所述发动机的进气口通过进气管串联连接，所述低压级涡轮机、所述高压级涡轮机和所述发动机的排气口通过排气管串联连接。

3、可选的，所述多级增压子系统包括连接在进气管的低压级中冷器和高压级中冷器，所述低压级中冷器设置在所述低压级压气机和所述高压级压气机之间，所述高压级中冷器设置在所述高压级压气机和所述电动增压压气机之间。

4、可选的，所述多级增压子系统还包括与所述电动增压压气机并联的进气支管，所述进气支管设置有电动增压压气机旁通阀。

5、可选的，所述多级增压子系统还包括与所述高压级涡轮机并联的第一排气支管，所述第一排气支管设置有高压级排气旁通阀。

6、可选的，所述多级增压子系统还包括与所述低压级涡轮机并联的第二排气支管，所述第二排气支管设置有低压级排气旁通阀。

7、可选的，所述无人机动力系统包括无人机控制器、电池管理模块、发动机控制器、驱动电机控制器和电池；所述发动机控制器分别与所述发动机和所述无人机控制器电连接，所述驱动电机控制器分别与所述驱动电机和所述无人机控制器电连接，所述电池管理模块分别与所述无人机控制器和所述电池电连接，所述电池还与所述驱动电机电连接。

8、可选的，所述多级增压子系统包括环境气压传感器，所述环境气压传感器和所述无人机控制器连接。

9、可选的，所述多级增压子系统包括增压控制器、低压级中冷器、高压级中冷器、低压级排气旁通阀、高压级排气旁通阀和电动增压压气机旁通阀；所述增压控制器分别与所述无人机控制器、所述低压级中冷器、所述高压级中冷器、所述低压级排气旁通阀、所述高压级排气旁通阀、所述增压电动机和所述电动增压压气机旁通阀电连接。

10、基于同一发明构思，本申请第二方面还提供了无人机，包括如第一方面所述的无人机动力系统。

11、基于同一发明构思，本申请第三方面还提供了无人机动力系统控制方法，用于控制如第一方面所述的无人机动力系统，所述方法包括：

12、实时获取海拔高度值和发动机转速值；

13、确定与海波高度值对应的海波高度区间，以及与发动机转速值对应的转速区间；

14、根据海波高度区间和转速区间分别控制低压级增压器、高压级增压器和电动增压器。

15、从上面所述可以看出，本申请提供的无人机动力系统及其控制方法、无人机，通过在多级增压子系统中设置低压级增压器、高压级增压器和电动增压器形成超高压比复合增压系统，能够在外界空气进入发动机前对其进行逐级增压，提高其压力，满足发动机的进气压力需求，满足临近控制无人机发动机增压比需求，实现无人机高空增压压力自适应，能够使无人机动力系统为无人机提供充足动力。同时，综合考虑临近空间无人机动力性、经济性、布置难度和电池使用量等因素，设计并联式混合动力系统，提供发动机和驱动电机两个动力源，两个动力源相互配合能够使无人机动力系统始终工作在高效率区间，并且相比于采用发动机作为单一动力源的动力系统，本实施例的无人机动力系统的油耗更低，有助于延长无人机的航时，提升无人机在临近空间飞行特性，对拓展空间领域作战维度，增强新域新质作战力量具有重要的意义。

技术特征：

1.一种无人机动力系统，其特征在于，包括：发动机、第一离合器、驱动电机、螺旋桨和多级增压子系统；

2.根据权利要求1所述的无人机动力系统，其特征在于，所述多级增压子系统包括连接在进气管的低压级中冷器和高压级中冷器，所述低压级中冷器设置在所述低压级压气机和所述高压级压气机之间，所述高压级中冷器设置在所述高压级压气机和所述电动增压压气机之间。

3.根据权利要求1所述的无人机动力系统，其特征在于，所述多级增压子系统还包括与所述电动增压压气机并联的进气支管，所述进气支管设置有电动增压压气机旁通阀。

4.根据权利要求1所述的无人机动力系统，其特征在于，所述多级增压子系统还包括与所述高压级涡轮机并联的第一排气支管，所述第一排气支管设置有高压级排气旁通阀。

5.根据权利要求1所述的无人机动力系统，其特征在于，所述多级增压子系统还包括与所述低压级涡轮机并联的第二排气支管，所述第二排气支管设置有低压级排气旁通阀。

6.根据权利要求1所述的无人机动力系统，其特征在于，所述无人机动力系统包括无人机控制器、电池管理模块、发动机控制器、驱动电机控制器和电池；

7.根据权利要求6所述的无人机动力系统，其特征在于，所述多级增压子系统包括环境气压传感器，所述环境气压传感器和所述无人机控制器连接。

8.根据权利要求6所述的无人机动力系统，其特征在于，所述多级增压子系统包括增压控制器、低压级中冷器、高压级中冷器、低压级排气旁通阀、高压级排气旁通阀和电动增压压气机旁通阀；

9.一种无人机，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的无人机动力系统。

10.一种无人机动力系统控制方法，其特征在于，用于控制如权利要求1至8任一项所述的无人机动力系统，所述方法包括：

技术总结本申请提供一种无人机动力系统及其控制方法、无人机，无人机动力系统包括多级增压子系统，其包括低压级增压器、高压级增压器和电动增压器；低压级增压器包括低压级压气机和低压级涡轮机；高压级增压器包括高压级压气机和高压级涡轮机；电动增压器包括电动增压压气机和增压电动机；低压级压气机、高压级压气机、电动增压压气机和发动机的进气口通过进气管串联连接，低压级涡轮机、高压级涡轮机和发动机的排气口通过排气管串联连接。无人机动力系统及其控制方法、无人机，通过多级增压子系统能够在外界空气进入发动机前对其进行逐级增压，提高其压力，满足临近控制无人机发动机增压比需求，能够使无人机动力系统为无人机提供充足动力。技术研发人员：张众杰,彭琪凯,周广猛,董素荣,刘瑞林,赵旭敏受保护的技术使用者：中国人民解放军陆军军事交通学院技术研发日：技术公布日：2024/6/23