一种高空投放无人飞行器燃油压力的控制系统及方法

技术领域

本发明属于无人飞行器燃油存储及供油设备技术领域，特别是涉及一种高空投放无人飞行器燃油压力的控制系统及方法。

背景技术

燃油(煤油、汽油、柴油)是现代无人飞行器的主要燃料。随着技术的发展，无人飞行器飞行高度不断提高，根据GJB2347《无人机通用规范》要求，飞行高度大于7620m的无人机必须设置油箱增压系统，以避免飞行器高空飞行因大气压过小引起燃油沸腾，造成燃油蒸发损失，严重的甚至导致供油管路发生气塞现象造成发动机空中停机，致使无人飞行器坠毁。

目前相关油箱增压专利主要应用于常规的发动机地面启动油箱开始增压以满足无人机高空使用要求，对燃油系统在长期贮存、使用过程中外界环境温度、大气压力变化对油箱结构影响无有效解决措施。因此，有必要研发一种高空投放无人飞行器燃油压力的控制系统及方法，用于解决外界环境温度、大气压力变化对油箱结构安全性的影响问题以及无人飞行器高空投放后发动机安全启动问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种高空投放无人飞行器燃油压力的控制系统及其工作方法，主要应用于高空投放无人飞行器，解决了外界环境温度、大气压力变化对油箱结构安全性的影响问题以及无人飞行器高空投放后发动机安全启动问题。典型应用场景如下：一是飞行器满油状态日常使用、贮存时，对由于外界温度变化引起的油箱内部压力变化可自动进行调节，避免油箱结构损坏；二是飞行器满油状态挂飞过程时对由于外界大气压力变化引起的油箱内部压力变化可自动进行调节，避免油箱结构损坏；三是无人飞行器高空投放时，与载机分离后控制系统控制增压装置、控制阀组件等按预定时序工作，在安全活门、负压活门等共同作用下，将油箱内压力提升至预定值，确保发动机安全启动。

为了实现本发明目的，本发明公开了一种高空投放无人飞行器燃油压力的控制系统，包括控制单元、发动机、预增压装置、节流片、第一单向阀、负压活门、安全活门、油箱、第二单向阀、第一控制阀组件和第二控制阀组件；控制单元分别与预增压装置、发动机、第一控制阀组件、第二控制阀组件通过线缆相连接，控制各组件按照预定时序工作；节流片通过管路与预增压装置相连接，对预增压装置工作时单位时间进入油箱内的气量进行调节；单向阀通过管路与节流片相连接，防止油箱内油汽反向灌入预增压管路中，影响预增压装置正常工作；油箱通过管路与单向阀相连接；负压活门通过管路与油箱连接，用于向油箱内补气，提高其压力；安全活门通过管路与油箱连接，用于排出油箱内气体，降低其压力；第一控制阀组件通过管路与发动机引气管路相连接；第二单向阀通过管路与第一控制阀组件相连接，防止油箱内油汽反向灌入引气管路中，影响发动机正常工作；油箱通过管路与第二单向阀相连接；第二控制阀组件通过管路与发动机供油管路相连接；油箱通过管路与第二控制阀组件相连接；油箱不直接与外界大气连通。

进一步地，油箱预留有容积V

其中，m为油箱内所装载燃油质量，ρ

进一步地，预增压装置所提供的气体质量m

P+P

P

其中，P为标准大气压，P

进一步地，节流片与预增压装置相连接，调节单位时间内通过管路的气体流量，降低预增压装置工作后油箱内的压力波动峰值，经节流片调节后增压过程油箱内的气体压力最大峰值应小于P0。

进一步地，负压活门、安全活门为机械式结构，具有密封功能，关闭后可保持油箱内压力不变。负压活门、安全活门既可以是两个装置分别实现其功能，也可是一个装置实现两种功能。

进一步地，负压活门、安全活门连接在油箱上，用于自动调节油箱内压力；

当P

当P

其中P

当P

当P

其中P

为了实现本发明的目的，本发明还公开了一种高空投放无人飞行器燃油压力的控制方法，负压活门、安全活门根据飞行器的不同工况进行开启和关闭，调节邮箱内压力。

进一步地，飞行器满油状态在日常使用、贮存时；当外界环境温度升高，燃油温度升高，体积变大，油箱内压力P

进一步地，飞行器满油状态在挂飞过程时；飞行器挂载在载机上，从地面起飞爬升过程，随着高度升高，外界环境压力P

进一步地，飞行器满油状态高空投放时，包括以下步骤：

步骤1、载机达到预定空域后，T0时刻，飞行器与载机分离；

步骤2、飞行器完成预定时序后，判定相关条件满足发动机启动要求，T

步骤3、T

步骤4、T

步骤5、发动机启动成功后，T

其中，

与现有技术相比，本发明的显著进步在于：1)本发明采用在油箱内预留体积、机械式安全活门、机械式负压活门等在不需要传感器及主动控制前提下实现了飞行器满油状态日常使用、贮存、挂飞等工况下燃油压力的自动调节，有效防止因外界温度、压力变化引起油箱内燃油压力变化，进而导致油箱结构损坏；2)在高空投放过程通过控制增压装置、发动机、第一控制阀组件、第二控制阀组件等按照预定时序动作，确保发动机可靠启动；随后在机械式安全活门、机械式负压活门作用下自动调节油箱内压力；3)该系统实现成本低、安全可靠，应用前景广，具有较大创新性。

为更清楚说明本发明的功能特性以及结构参数，下面结合附图及具体实施方式进一步说明。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是一种高空投放无人飞行器燃油压力的控制系统整体结构示意图；

图中附图标记为：l控制单元、2发动机、3预增压装置、4节流片、5第一单向阀、6负压活门、7安全活门、8油箱、9第二单向阀、10第一控制阀组件、11第二控制阀组件。

具体实施方式

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。

如图1所示，一种高空投放无人飞行器燃油压力的控制系统，其特征在于，包括控制单元1、发动机2、预增压装置3、节流片4、第一单向阀5、负压活门6、安全活门7、油箱8、第二单向阀9、第一控制阀组件10和第二控制阀组件11；控制单元1分别与预增压装置3、发动机2、第一控制阀组件10、第二控制阀组件11通过线缆相连接，控制各组件按照预定时序工作；节流片4通过管路与预增压装置3相连接，对预增压装置3工作时单位时间进入油箱8内的气量进行调节；单向阀5通过管路与节流片4相连接，防止油箱内油汽反向灌入预增压管路中，影响预增压装置3正常工作；油箱8通过管路与单向阀5相连接；负压活门6通过管路与油箱8连接，用于向油箱8内补气，提高其压力；安全活门7通过管路与油箱8连接，用于排出油箱8内气体，降低其压力；第一控制阀组件10通过管路与发动机引气管路相连接；第二单向阀9通过管路与第一控制阀组件10相连接，防止油箱内油汽反向灌入引气管路中，影响发动机正常工作；油箱8通过管路与第二单向阀9相连接；第二控制阀组件11通过管路与发动机供油管路相连接；油箱8通过管路与第二控制阀组件11相连接；油箱8不直接与外界大气连通。

具体地，油箱8的容积V

其中，m为油箱内所装载燃油质量，ρ

具体地，预增压装置3不特指高压气瓶、气体发生器(火工品)及增压气泵等，预增压装置3所提供的气体质量m

P+P

P

其中，P为标准大气压，P

具体地，节流片4与预增压装置3相连接，调节单位时间内通过管路的气体流量，降低预增压装置3工作后油箱内的压力波动峰值，经节流片4调节后增压过程油箱内的气体压力最大峰值应小于P0。

具体地，负压活门6、安全活门7为机械式结构，具有密封功能，关闭后可保持油箱8内压力不变。

具体地，负压活门6、安全活门7连接在油箱8上，用于自动调节油箱8内压力；

当P

当P

其中P

当P

当P

其中P

具体地，负压活门6、安全活门7为机械式结构，既可以是两个装置分别实现其功能，也可是一个装置实现两种功能。

一种高空投放无人飞行器燃油压力的控制方法，具体如下：

工况一：飞行器满油状态日常使用、贮存中

当外界环境温度升高，燃油温度升高，体积变大，油箱内压力P

当外界环境温度降低，燃油温度降低，体积变小，油箱内压力P

工况二：飞行器满油状态挂飞过程

飞行器挂载在载机上时，从地面起飞爬升过程，随着高度升高，外界环境压力P

载机降高过程，随着高度降低，外界环境压力P

工况三：飞行器满油状态高空投放载机达到预定空域后，T0时刻，飞行器与载机分离；

2.飞行器完成预定时序后，判定相关条件满足发动机启动要求，T

3.T

4.T

5.发动机2启动成功后，T

其中，

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。