用于电池供电飞行器的飞行中充电系统和方法与流程

本发明涉及一种为了电池充电的目的向电池供电飞行器传输电力的系统和方法。本发明允许通过飞行中充电过程来增加电力推动飞行器的动力储备。

背景技术：

1、空中电动车辆是已知的。在过去的几年里，小型飞行器和无人驾驶飞机都是电力驱动的。

2、这项技术的一个众所周知的问题是电池提供的飞行时间有限。众所周知，要求飞行器(aircraft)在飞行途中着陆和充电在时间和金钱上是昂贵的。这可能导致执行任务的延误，也可能不方便或不切实际。因此，提供一种用于电动飞行器空中充电的系统是有利的。

3、如今，有人驾驶飞行器(piloted aircraft)和空中加油广泛用于燃油动力飞行器。加油飞行器(tanker aircraft)充当接收飞行器的加油车(refueller)。加油车通常是一种高容量的飞机，以便为满足要求的飞行器提供最大限度的燃料。加油车后面拖着一个空中加油装置，该装置有两种不同的形式：一种是由燃油飞行器控制的刚性吊杆，另一种是位于柔性软管末端的吊篮，其中待加油的飞行器将通过加油杆进行加油。

4、无人机(unmanned aerial vehicle，uav)变得越来越重要，尤其是电动无人机(uav)。电力推进具有最小的声学和热足迹，这是军用和民用应用的关键特征。尽管电池可能因此成为战术无人驾驶航空系统(unmanned aerial system，uas)电气化过渡的驱动器，但如前所述，电池具有飞行时间有限的缺点。因此，充电系统可以通过电加载它们来扩大其可操作性。

技术实现思路

1、本发明的目的是一种用于电池供电飞行器的飞行中充电系统。该系统配置为位于充电飞行器中，并且其包括：

2、-发电模块，包括：

3、○涡轮机，例如冲压涡轮机，

4、○用于发电的发电机，与涡轮机电连接，

5、○涡轮机控制单元，与涡轮机连接并配置用于控制该涡轮机，以及

6、○发电机控制单元，与发电机连接并配置用于控制该发电机，

7、-可部署(deployable)电源模块，电连接至发电模块并且至少包括电缆，该电缆配置用于将发电模块电连接至待充电的电池供电飞行器，

8、-吊舱，配置为应用于充电飞行器，其中发电模块和可部署电源模块位于吊舱内。

9、应该注意的是，在上下文中“充电飞行器”的名称仅仅是作为说明性的示例提供的。飞行器的性质(nature)不需要固定，可以是遥控飞机(drone)、飞机、直升机等。

10、出于本公开的目的，术语“电池供电飞行器”应包括具有至少一个电池和至少一个电动机作为其推进设计的任何部分的飞行器，例如全电动或混合电动飞行器。

11、关于飞行器，本公开涉及有人驾驶或无人驾驶的飞机和遥控飞机，无论其大小如何。

12、充电飞行器不一定是电动飞行器。充电飞行器可以是具有本发明的便携式和模块化充电系统对象的任何燃料动力飞行器或电动飞行器(混合动力或全电动)。

13、根据以上所述，所要求保护的系统包括涡轮机，例如冲压涡轮机，其基于充电飞行器的速度从气流中产生动力并且连接到发电机，该发电机将冲压涡轮机的运动(motion)转换成电力。

14、冲压涡轮机是安装在飞行器上的冲压空气涡轮机(ram air turbine，rat)风力涡轮机，并且通常用作备用或应急液压或电力源。

15、本发明的一个主要优点是它的模块化，在单个部件即吊舱中提供动力系统的所有功能。因此，本发明的系统可以包括与飞行器的简单接口，而不需要额外的连接。这允许系统可以独立于飞行器的电力网络或燃料网络而被认证(certified)。

16、因此，本发明的系统对象独立于飞行器工作，除了命令指令(command order)(例如收回电缆等)，但是在其他方面是自主的或者独立于飞行器的发电源。

17、该系统包括吊舱内的用于涡轮机的控制单元，例如用于打开和关闭涡轮机的入口和出口。该系统还包括吊舱内的用于发电机的控制单元。它们可以在同一个控制单元或两个不同的控制单元中实现。

18、可部署电源模块包括另一个控制单元。可部署电源模块的控制可以是全自动或部分自动的，或者由机组人员(crew member)手动或部分控制，但是总是优先由机组人员控制。

19、因此，发电独立于发电和配电飞行器网络。如前所述，这主要是由于电力的产生是基于涡轮机，例如高速冲压涡轮机，因此，不使用来自飞行器的燃料充电或电力输入。

20、此外，本发明的系统对象被安装到吊舱内，即位于飞行器机翼或机身下方的具有流线型形状的保护外壳中。

21、因此，所要求保护的发明是一种模块化元件，其具有与充电飞行器的最小接口。如前所述，它也是一个自供电发电机系统，无需充电飞行器供电。因此，该系统的主要优点是它是一个自主集成系统。

22、位于吊舱中的飞行中充电系统具有与充电飞行器的电连接，并且其被配置为接收来自充电飞行器的指令。然而，系统的控制单元位于吊舱内。它可以包括自己的电池。因此，由于系统与充电飞行器的接口被限制到最小，所以它很容易适用于任何飞行器。此外，由于该系统是模块化的，即其相关元件位于吊舱内，因此该系统可以被分配给用于特定任务的飞行器，并且为了其他目的或任务而被移除。

23、电源模块的部署能够从驾驶舱或从飞行器内部的另一个面板进行控制。同样，如果出现故障，飞行员或机组里的人可以控制取消操作或其他安全措施。因此，要求飞行员或飞行器上的人能够指挥、控制和监控可部署电源模块。指挥行动需要输入和输出信号。

24、模块的电源系统可以适应待充电的飞行器的电力质量。

25、此外，该系统与其他任务模块兼容。

26、所要求保护的发明将允许战术无人驾驶航空系统(uas)内的战术无人机(uav)具有不受时间限制的操作。同时考虑到无人驾驶航空系统(uas)目前的技术特点或局限性，以及任务增强型和环保型无人驾驶航空系统(uas)的未来趋势，这将为无人驾驶航空系统(uas)打开新的和更大的运营市场。

27、当考虑战术uas/uav群时，飞行中的充电系统将补充电池减少的飞行时间，增加有效载荷比(pay-load ratio)，并增强为一个无时间限制的系统，总体上具有不间断的操作。

28、此外，本发明避免了开发用于执行充电操作的专用无人机(uav)的需求。本发明允许其适用于任何飞行器，例如在吊舱中集成了所要求保护的充电系统的飞机无人机(uav)。因此，要求保护的发明是灵活的，它与更广泛类型的现有无人驾驶航空系统(uas)兼容。通过这样做，该系统不局限于一个单一的来源，而是一个更加开放的市场。

29、本发明的另一个目的是飞行器的吊舱，其包括根据上述的飞行中充电系统。

30、吊舱被配置成应用于充电飞行器，并且包括飞行中充电系统，该飞行中充电系统包括：

31、-发电模块，包括：

32、○涡轮机，

33、○用于发电的发电机，与涡轮机电连接，

34、○涡轮机控制单元，与涡轮机连接并且配置用于控制该涡轮机，以及

35、○发电机控制单元，与发电机连接并且配置用于控制该发电机，

36、-可部署电源模块，电连接至发电模块并且至少包括电缆，该电缆配置用于将发电模块电连接至待充电的电池供电飞行器，

37、其中发电模块和可部署电源模块位于吊舱内。

38、本发明的另一个目的是一种飞行器，尤其是一种充电飞行器，其包括根据上述的飞行中充电系统或根据上述的吊舱。

39、本发明的另一个目的是一种用于电池供电飞行器的飞行中充电的方法，包括以下步骤：

40、-在位于充电飞行器的吊舱中的发电模块中发电，该发电模块包括：

41、○涡轮机，

42、○用于发电的发电机，与涡轮机电连接，

43、○涡轮机控制单元，与涡轮机连接并且配置用于控制涡轮机，以及发电机控制单元，与发电机连接并且配置用于控制发电机，

44、-使电池供电飞行器靠近充电飞行器，

45、-从位于充电飞行器的吊舱内的可部署电源模块部署电缆，该可部署电源模块与发电模块电连接，该电缆将发电模块与电池供电飞行器电连接，

46、-将部署的电缆与电池供电飞行器接触并充电。