等离子推进的超静音飞行机器人系统及动力组合控制方法

本发明涉及等离子推进飞行器，尤其是涉及一种等离子推进的超静音飞行机器人系统及动力组合控制方法。

背景技术：

1、中国航空研究院在2019发布的《电动飞机发展白皮书》中指出，以电能作为推进系统的能源的电动飞机是航空业贯彻绿色航空、应对全球环境挑战的重要举措。与传统能源飞机相比，电动飞机具有节能、减排和降噪的优点，具有广阔的发展前景。电动飞机的关键技术包括总体设计技术、能量综合管理技术以及高效高功重比电推进技术等。在电推进技术方面，目前主流的实现方案集中于改良现有的无刷直流电机，发展超导电机，其最终的直接推进方式仍然是通过电机转动带动螺旋桨转动。尽管为此低噪高效螺旋桨技术已经得到了发展，但螺旋桨转动时固有的噪声仍然难以消除；这一劣势限制了其在城市等人员密集区域的广泛使用，此外也不利于国防方面实施静音侦查与打击的需求。

2、因此，亟需一种能够提高使用寿命且超静音飞行的无污染排放无人机。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供等离子推进的超静音飞行机器人系统及动力组合控制方法，以解决现有技术中存在的传统推进方式飞机采用的螺旋桨或引擎叶片转动时，固有的噪声仍然难以消除的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

2、为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

3、本发明提供的一种等离子推进的超静音飞行机器人系统，包括浮空气囊体、固定框架、等离子推进单元、吊舱、电气模块和飞行控制模块，其中，所述等离子推进单元和所述吊舱通过所述固定框架安装在所述浮空气囊体上，所述电气模块和所述飞行控制模块安装在所述吊舱内，所述飞行控制模块、所述电气模块和所述等离子推进单元通信连接；

4、所述等离子推进单元用于产生等离子风；

5、所述飞行控制模块用于接收上位机传送的飞行控制指令，并产生飞行控制信号；

6、所述电气模块用于对所述等离子推进单元和所述飞行控制模块进行供电，以及用于接收所述飞行控制信号，并根据所述飞行控制信号对所述等离子推进单元进行控制。

7、可选地，所述等离子推进单元的个数为多个，所述固定框架的外壁上设置有多个延伸件，所述等离子推进单元与所述延伸件两者的个数一致且一一对应连接。

8、可选地，所述等离子推进单元为呈正六棱柱状的内外嵌套环形电极对。

9、可选地，所述等离子推进单元包括单元框架、等离子接收端和等离子发射端，所述等离子发射端固接在所述单元框架的前端，所述等离子接收端固接在所述单元框架的后端，所述等离子发射端与所述电气模块的正极相连接，所述等离子接收端与所述电气模块的负极相连接。

10、可选地，所述单元框架为内外两层嵌套结构，所述等离子接收端为铝箔片，所述等离子发射端为具有导电性能的线材。

11、可选地，所述飞行控制模块包括接收机和控制器，所述接收机的输入端与所述上位机通信连接，所述接收机的输出端与所述控制器电连接，所述控制器与所述电气模块的电连接；

12、所述接收机用于接收所述上位机的飞行控制指令并能将所述飞行控制指令传递给所述控制器；

13、所述控制器通过对所述飞行控制指令处理并产生飞行控制信号，并将所述飞行控制信号传输至所述电气模块。

14、可选地，所述电气模块包括锂电池组、低压控制模块和高压升压模块，所述锂电池组与所述低压控制模块的能量输入端相连接，所述飞行控制模块与所述低压控制模块的信号输入端相连接，所述低压控制模块的输出端与所述高压升压模块的输入端相连接，所述高压升压模块的输出端与所述等离子推进单元相连接；

15、所述锂电池组用于产生低压直流电；

16、所述低压控制模块接收所述飞行控制信号，并根据所述飞行控制信号控制所述高压升压模块的通断；

17、所述高压升压模块用于将所述低压直流电转换成高压直流电，并将所述高压直流电传输给所述等离子推进单元。

18、可选地，所述高压升压模块的个数为多个。

19、本发明提供的等离子推进的超静音飞行机器人系统的动力组合控制方法，包括以下操作步骤：

20、步骤s1：上位机发出飞行控制指令，飞行控制模块接收所述飞行控制指令并处理成飞行控制信号，传递给低压控制模块；

21、步骤s2：所述低压控制模块会根据所述飞行控制信号对多个高压升压模块分别进行通断处理；

22、步骤s3：处于连通状态的所述高压升压模块会将锂电池组提供的低压直流电转换成高压直流电，并将所述高压直流电传递给与所述高压升压模块对应连接的等离子推进单元；

23、步骤s4：所述等离子推进单元产生等离子风，推动超静音飞行机器人按照所述飞行控制指令运动；

24、步骤s5：所述超静音飞行机器人，可根据飞行任务需求任意调整所需所述等离子推进单元的数量，并调整等离子推进单元在浮空气囊上的动力布局，从而使整机获得不同的机动飞行性能。

25、本发明提供的等离子推进的超静音飞行机器人系统，飞行控制模块通过接收上位机传送的飞行控制指令，并产生飞行控制信号，进而传递给电气模块，电气模块就会根据飞行控制信号控制等离子推进单元产生等离子风，并以该等离子风作为推力，对超静音飞行机器人的飞行姿态和速度进行控制，本发明采用基于高压直流电源的等离子推进系统作为推力以及控制力矩的输出装置，无废料排出，减少大气污染，并且相较于传统的喷气式及螺旋桨式飞艇，其产生的噪声较小，适合在城市区域进行作业，同时隐蔽性高，能满足国防侦查的需要，解决了现有技术中存在的传统推进方式飞机采用的螺旋桨或引擎叶片转动时，固有的噪声仍然难以消除的技术问题。

26、本发明优选技术方案至少还可以产生如下技术效果：

27、本发明采用推进装置与飞行器本体嵌套固连结构，其气动模型和机械设计更为简单，与传统飞机布局有着更好的兼容性，并且不易损坏，具有得到广泛应用的潜力，拥有更长的使用寿命。

技术特征：

1.一种等离子推进的超静音飞行机器人系统，其特征在于，包括浮空气囊体(1)、固定框架(2)、等离子推进单元(3)、吊舱(4)、电气模块(5)和飞行控制模块(6)，其中，

2.根据权利要求1所述的等离子推进的超静音飞行机器人系统，其特征在于，所述等离子推进单元(3)的个数为多个，所述固定框架(2)的外壁上设置有多个延伸件(21)，所述等离子推进单元(3)与所述延伸件(21)两者的个数一致且一一对应连接。

3.根据权利要求2所述的等离子推进的超静音飞行机器人系统，其特征在于，所述等离子推进单元(3)为呈正六棱柱状的内外嵌套环形电极对。

4.根据权利要求2或3所述的等离子推进的超静音飞行机器人系统，其特征在于，所述等离子推进单元(3)包括单元框架(301)、等离子接收端(302)和等离子发射端(303)，所述等离子发射端(303)固接在所述单元框架(301)的前端，所述等离子接收端(302)固接在所述单元框架(301)的后端，所述等离子发射端(303)与所述电气模块(5)的正极相连接，所述等离子接收端(302)与所述电气模块(5)的负极相连接。

5.根据权利要求4所述的等离子推进的超静音飞行机器人系统，其特征在于，所述单元框架(301)为内外两层嵌套结构，所述等离子接收端(302)为铝箔片，所述等离子发射端(303)为具有导电性能的线材。

6.根据权利要求1所述的等离子推进的超静音飞行机器人系统，其特征在于，所述飞行控制模块(6)包括接收机(61)和控制器(62)，所述接收机(61)的输入端与所述上位机通信连接，所述接收机(61)的输出端与所述控制器(62)电连接，所述控制器(62)与所述电气模块(5)的电连接；

7.根据权利要求1所述的等离子推进的超静音飞行机器人系统，其特征在于，所述电气模块(5)包括锂电池组(51)、低压控制模块(52)和高压升压模块，所述锂电池组(51)与所述低压控制模块(52)的能量输入端相连接，所述飞行控制模块(6)与所述低压控制模块(52)的信号输入端相连接，所述低压控制模块(52)的输出端与所述高压升压模块的输入端相连接，所述高压升压模块的输出端与所述等离子推进单元(3)相连接；

8.根据权利要求7所述的等离子推进的超静音飞行机器人系统，其特征在于，所述高压升压模块的个数为多个。

9.一种权利要求1-8任一所述的等离子推进的超静音飞行机器人系统的动力组合控制方法，其特征在于，包括以下操作步骤：

技术总结本发明提供了等离子推进的超静音飞行机器人系统及动力组合控制方法，涉及等离子推进飞行器技术领域，设计了一种具有较高推重比的新型等离子推进装置的飞行机器人，解决了现有技术中存在的传统推进方式飞机采用的螺旋桨或引擎叶片转动时，固有的噪声仍然难以消除的技术问题。该系统的飞行控制模块用于接收上位机传送的飞行控制指令；电气模块根据飞行控制信号对等离子推进单元进行控制，从而使得等离子推进单元产生等离子风。该飞行机器人可根据飞行任务需求任意调整所需等离子推进单元的数量，较为便捷的改变等离子推进单元在浮空体上的动力布局，从而使整机获得不同的机动飞行性能，同时可以在不产生额外机械噪音的情况下实现超静音长续航飞行。技术研发人员：张益鑫,张嘉伟,汪子涵,李智俊,范烜麟,王少萍,苗忆南,赵正,刘承鑫受保护的技术使用者：北京航空航天大学技术研发日：技术公布日：2024/6/23