一种多轴无人机微型汽油发电动力装置

技术领域

本发明属于多轴大型无人机动力能源供给领域，特别是涉及一种利用汽油发电的能量转化装置。

背景技术

目前对有效载荷10kg以上多旋翼大型无人机的基本要求是：安全、稳定、长航时、易操作、结构简单等。当前无人机技术可基本实现稳定安全飞行，但长航时的要求难以满足。市场上销售和使用最多的无人机主要采用的是纯电动力系统。而纯电动力系统无人机在续航的时间上有着非常明显的缺点。这极大限制了无人机应用场景，尤其是在森林、山地、岛屿等复杂地区。这是因为目前的电池技术还不能制造出能量密度高的电池，从功率密度对比中可以看出：一般的锂离子电池的能量密度只有200Wh/kg，虽然目前研究热门的燃料电池能量密度是700Wh/kg，但技术复杂不能普及。现在的无人机所使用锂电池还有一个致命弱点，就是冬季低温无法使用，电池电量低温情况下会骤降为常温情况下的10％，多轴无人机在冬季使用，刚一升空就用有坠机风险。从目前无人机的发展趋势来看，续航时间短是多旋翼无人机存在的主要弱点，而如何增加其续航时间，逐渐成为重点要解决的难题。

发明内容

本发明针对上述提到的问题，提出了一种微型汽油发电设备解决方案，可以取代多轴大型无人机原有的电池，利用汽油能量密度大的特点，把汽油的能量转化为电能。

发明的目的是提供一种多轴大型无人机动力能源供给设备，取代电池为无人机提供电力，大大延长无人机续航时间，适应冬季低温环境，大大拓宽了多轴无人机的应用范围。不仅可以根据需求对油箱大小进行改装，达到需求的续航时间，在面对大风、大雨、高温、低温等复杂环境时也能够游刃有余，比如在没有电力设施的受灾地区，汽油作为可以容易获得的燃料，既节省了宝贵的充电时间，又避免了复杂的充电环境要求，其生存能力要远大于电动无人机。且在物流运输、搜索协助、电力巡线、管道巡检等领域可以搭载多款任务载荷，从而真正的做到一机多用的功能。对延长作业时间、提高工作效率有着积极的作用，在未来将会有更为广阔的发展空间。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：多轴无人机微型汽油发电动力装置包括微型超轻发动机、微型超轻三相交流发电机、连轴器、整流模块、油箱、发电机轻型固定架、多种传感器、信号采集及转速控制系统；微型超轻发动机包括强制风冷整流罩和发动机本体；所述发电机通过轻型固定架与发动机固定在一起，发电机主轴通过连轴器与发动机动力输出轴连接在一起，发动机依靠转速控制器来恒定转速，发电机输出的三相交流电通过整流模块变成直流电。多种传感器包括液位传感器、汽缸温度传感器、转速传感器、电压传感器、电流传感器等。信号采集及转速控制系统把各个传感器数据汇总，采用改进的基于转速反馈控制算法实现转速的恒速闭环控制。这部分主要是用来保证输出电压的稳定，使系统的控制性能得到提高。

本发明主要优点：对该动力系统进行理论验证，通过获得同样功率P的电能，以有效重量作为衡量指标，比较两种供电方式的优劣及续航时间(汽油发电动力系统暂不考虑燃油消耗引起的重量减小)。按电池能量密度小为200wh/kg计算，纯电动动力系统无人机的最大续航时间不超过1小时18分钟。汽油发电方案虽然要经过转换，但汽油能量密度大，为12000wh/kg，虽然发动机转化效率低，只有30％，但发电机转化效率比较高，能达到90％，在同样功率需求的情况下，如果采用汽油发电动力系统，根据理论计算，可得出在获得相同的功率时，汽油发电动力系统的质量只有纯电动力系统质量的1/4左右。如果将汽油发电动力系统中节省出的四分之三质量，用在增加燃油质量上，这样即使忽略燃油消耗所减少的质量对工作时间所增加的影响，由能量守恒定律，理论上工作时间依旧可增大到原来的4倍。实验测试可以增大3倍左右。

附图说明

附图1是本发明一种多轴大型无人机汽油发电动力装置的结构示意图；

其中：1、强制风冷整流罩；2、发动机本体；3、转速传感器；4、汽缸温度传感器；5、信息采集及控制模块；6、油箱盖；7、整流模块；8、电压传感器；9、电流传感器；10、手拉启动器；11、发动机曲轴箱；12、汽化器；13、连轴器；14、发电机；15、发电机固定支架；16、油管；17、油箱液位传感器；18、油箱。

具体实施方式

本发明具体实施步骤如下：

发电机14通过发电机固定支架15固定到发动机曲轴箱11上，发动机曲轴箱11动力主轴通过联轴器13与发电机14连接，油箱18中装入适量的汽油和机油混合油(混合比例25:1)，用手拉启动器10启动发动机，发动机启动后处于怠速状态，预热3分钟后进入自动恒速控制状态，信息采集及控制模块5从汽缸温度传感器4转速传感器3电压传感器8电流传感器9油箱液位传感器17读取数据，根据这些数据及改进的基于转速反馈控制算法产生输出信号，控制汽化器12中节气门的开度，从而实现发动机转速的恒速闭环控制，发动机带动发电机14恒速转动发电，发出的三相交流电经过整流模块7后变成直流电，供给多轴大型无人机，实现多轴大型无人机系统长时间续航。