一种具有起发一体功能的航空飞行器及其控制方法

技术领域

本发明属于航空器发动机技术领域，尤其涉及一种具有起发一体功能的航空飞行器及其控制方法。

背景技术

航空发动机是一种高度复杂和精密的热力机械，作为飞机的心脏，不仅是飞机飞行的动力，也是促进航空事业发展的重要推动力，经过百余年的发展，航空发动机已经发展成为可靠性极高的成熟产品，发动机的种类越来越多，功能也越来越完善，目前在航空器领域尤其是小型航空器领域，用作动力系统的发动机是非常重要的设备，原始的航空发动机采用是只具有起动功能的起动电机，这些原始的起动电机通过减速机构带动发电机的动力输出轴进行旋转，从而完成起动；这些原始的发动机存在许多问题，首先存在动力弱的问题，在温度低时，整个发动机运行需要的扭矩变大，很容易出现起动电机带不动发动机的问题，从而导致发动机的起飞失败，其次现有的起动电机相关的机械部件很多，结构复杂，重量大，在使用过程中能够增加整个航空器的重量，从而增加了航空发电机的能耗，最后现有的起动电机没有对应蓄电池和外加负载供电设备，整个起动电机的功能单一，无法进行蓄电等其他操作，降低了航空发动机的普遍适用性，不利用航空发动机的使用。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种具有起发一体功能的航空飞行器及其控制方法，解决现有的功能单一、机械部件负重大、起动容易发生故障和不能给蓄电池进行蓄电操作的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：一种具有起发一体功能的航空飞行器，包括起动电机、发动机和蓄电池，起动电机连接设置有起发一体控制器，蓄电池对起发一体控制器进行供电，蓄电池通过导电线与设置在航空飞行器内部的航测设备和照明设备连接，起动电机采用永磁体三相交流无损电机，发动机内部设置有动力输出轴，动力输出轴与设置在起动电机内部的电机转子连接，能够通过起动电机带动动力输出轴转动，同时也能通过动力输出轴的转动带动起动电机进行蓄电操作,电机转子包括转子磁缸，转子磁缸采用钕铁硼永磁体磁钢，起发一体控制器采用MCU模块进行控制，MCU模块控制的算法采用DTC，起发一体控制器的内部设置有DC-DC转换电路。

进一步的，起动电机的起动扭矩为34.2Nm,起动电机在发电状态在大于4500RPM，DC-DC转换电路的降压输出电流为80A，28V直流电。

进一步的，电机转子的电机结构为18P16N，设计功率2.5KW，输出扭矩34.2Nm。

进一步的，DC-DC转换电路内部设置有整流稳压电路。

进一步的，航测设备采用光电吊仓，所述照明设备采用照明灯，从而通过蓄电池为光电吊仓和照明灯中进行供电。

一种具有起发一体功能的航空飞行器的控制方法，包括以下步骤：

S1、通过采集电机转子位置，输出换相信号，按电机转子位置的变化，沿着一定次序对电机转子内部设置的定子绕组的电流进行换流；

S2、驱动起动电机运转，通过检测电流反馈，控制起动电机的电流，使起动电机在额定电流下工作，当发动机正常工作时，通过动力输出轴带动起动电机旋转，起动电机工作在发电状态，通过三相全波整流电路，将起动电机发出的交流电变换为直流电；

S3、采用MCU监测起动电机发电状态输出的电压电流，通过调节PWM频率及输出占空比，调节MOS管Q7开通关断时间和频率，控制发电输出电压为恒定28V输出，电流控制为80A额定电流，当Q7栅极G为高电平的时候，Q7的D、S导通，电流方向是VCC经过Q7、经过L1电感器、给电容器C1充电、同时给后级负载供电，由于电感器的特性，电感会产生一个自感电动势，来阻碍电流通过，同时电感器会储存磁能；当Q7栅极G为低电平的时候，Q7截止，流过电感L1的电流减小，由于电感器的特性，电感会产生自感电动势阻碍电流减小，该电动势经过滤波电容C1滤波，经过负载到地，再经过续流二极管D8构成回路，当电感上的电动势减小或者消失后，电路通过滤波电容器C1给后级负载供电。

进一步的，步骤1中的电子绕组上的电流环流是通过检测转子磁缸的磁极相对定子绕组的位置，并在确定的位置处产生位置传感信号进行切换，位置传感信号经信号转换电路处理后与控制功率开关电路进行连接，从而通过控制功率开关电路按一定的逻辑关系进行绕组电流的切换。

进一步的，步骤3中的起动电机在启动状态下输出的额定电流是200A，峰值电流是300A。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明中通过将起动功能和发电功能合二为一，既简化了机械机构，又减轻了整体负重，使机身布置更为灵活，采用交流无刷永磁电机，并通过DC-DC变换，提高了发电状态输出功率，蓄电池可边用边充，无缺电的困扰，并且采用永磁体交流电机，起动扭矩更大，起动不受温度影响，能够使航空飞行器可在低温天气顺利起飞，整个系统采用MCU模块控制，使用DTC算法，从而使起动发电机的输出电压为恒定28V输出，电流控制为80A额定电流，能够保证起动发电机对及时对飞行器进行供电和充电操作，更具有普遍适用性，保证航空飞行器的正常运行。

附图说明

图1是本发明的连接模块示意图；

图2是电机转子的结构示意图；

图3是起发一体控制器的稳压电路示意的稳流电路示意图；

图4是起发一体控制器的稳压电路示意图；

图5是起发一体电机的运行流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种具有起发一体功能的航空飞行器，包括起动电机、发动机和蓄电池，起动电机连接设置有起发一体控制器，蓄电池对起发一体控制器进行供电，蓄电池通过导电线与设置在航空飞行器内部的航测设备和照明设备连接，起动电机采用永磁体三相交流无损电机，起动电机的起动扭矩为34.2Nm,起动电机在发电状态在大于4500RPM，DC-DC转换电路的降压输出电流为80A，28V直流电。发动机内部设置有动力输出轴，动力输出轴与设置在起动电机内部的电机转子连接且同步转动，能够通过起动电机带动动力输出轴转动，同时也能通过动力输出轴的转动带动起动电机进行蓄电操作,电机转子包括转子磁缸，转子磁缸采用钕铁硼永磁体磁钢，电机转子的电机结构为18P16N，设计功率2.5KW，输出扭矩34.2Nm。起发一体控制器采用MCU模块进行控制，MCU模块控制的算法采用DTC，起发一体控制器的内部设置有DC-DC转换电路，DC-DC转换电路内部设置有整流稳压电路，保证起动电机输送电流的稳定性。蓄电池在发动机的使用过程中能够持续不断的接收起动电机输送的电量，然后进行蓄电池的充电操作，在使用过程中，航测设备中的光电吊仓和照明设备中的照明灯都可以通过蓄电池进行供电，也可以在发动机运行的过程中直接通过起动电机向光电吊仓和照明灯进行供电，最终使航空飞行器不需要外来供电，能够通过发动机为航空飞行器上对应的设备进行充电和供电。

一种具有起发一体功能的航空飞行器的控制方法，包括以下步骤：

S1、通过采集电机转子位置，输出换相信号，按电机转子位置的变化，沿着一定次序对电机转子内部设置的定子绕组的电流进行换流，电子绕组上的电流环流是通过检测转子磁缸的磁极相对定子绕组的位置，并在确定的位置处产生位置传感信号进行切换，位置传感信号经信号转换电路处理后与控制功率开关电路进行连接，从而通过控制功率开关电路按一定的逻辑关系进行绕组电流的切换；

S2、驱动起动电机运转，通过检测电流反馈，控制起动电机的电流，使起动电机在额定电流下工作，当发动机正常工作时，通过动力输出轴带动起动电机旋转，起动电机工作在发电状态，通过三相全波整流电路，将起动电机发出的交流电变换为直流电；

S3、采用MCU监测起动电机发电状态输出的电压电流，通过调节PWM频率及输出占空比，调节MOS管Q7开通关断时间和频率，控制发电输出电压为恒定28V输出，电流控制为80A额定电流，起动电机启动状态下输出的额定电流是200A，峰值电流是300A。当Q7栅极G为高电平的时候，Q7的D、S导通，电流方向是VCC经过Q7、经过L1电感器、给电容器C1充电、同时给后级负载供电，由于电感器的特性，电感会产生一个自感电动势，来阻碍电流通过，同时电感器会储存磁能；当Q7栅极G为低电平的时候，Q7截止，流过电感L1的电流减小，由于电感器的特性，电感会产生自感电动势阻碍电流减小，该电动势经过滤波电容C1滤波，经过负载到地，再经过续流二极管D8构成回路，当电感上的电动势减小或者消失后，电路通过滤波电容器C1给后级负载供电。

本发明在使用过程中，通过起动电机的结构设置以及起动电机和发动机的连接将起动功能和发电功能合二为一，既简化了机械机构，又减轻了整体负重，使机身布置更为灵活，而且通过用交流无刷永磁电机，并通过DC-DC变换，提高了发电状态输出功率，通过MCU模块和DTC算法能够保证起动电机输送的电流和电压都处于稳定状态，并且通过和蓄电池的结合，能够使蓄电池可边用边充，不会出现蓄电池缺电的情况出现，同时由于采用永磁体交流电机，起动扭矩更大，起动不受温度影响，可在低温天气顺利起飞，总之本发明具有发电功能稳定、机体负重减小、起动扭矩大、起动不受温度影响和能够时刻保证蓄电池不会缺电的优点。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。