Гибридная силовая установка для многороторных летающих платформ

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям силовых установок летательных аппаратов. Гибридная силовая установка для многороторных летающих платформ содержит основание, на котором установлены топливный бак, двигатель внутреннего сгорания, соединительная муфта, электрогенератор, выпрямитель переменного тока и аккумулятор. Выход топливного бака подключен к двигателю внутреннего сгорания, вал двигателя внутреннего сгорания посредством муфты подключен к валу электрогенератора. Выпрямитель переменного тока, вырабатываемого электрогенератором, подключен к аккумулятору, выходы которого подключены к блоку свечей зажигания двигателя внутреннего сгорания, к сервоприводу управления двигателем внутреннего сгорания, устройству управления двигателем внутреннего сгорания, к контроллеру оборотов вращения вала, соединяющего муфту и электрогенератор, а также к средствам вращения роторов, между муфтой и электрогенератором дополнительно на валу их соединяющем установлена крыльчатка охлаждения, подключенная к контроллеру оборотов. Обеспечивается увеличение радиуса полета, а также расширение возможности применения летательных аппаратов с такой силовой установкой. 6 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области энергетики, а именно силовых установок транспортных средств, и может быть использовано при конструировании, производстве и эксплуатации беспилотных летающих многороторных платформ.

Известна (GB, патент 1574694, опубл. 10.09.1980) силовая установка для игрушечного транспортного средства, содержащая барабан с шестерней, установленный с возможностью вращения на оси, на которой установлена втулка с уступом, связанным с внутренним концом спиральной пружины, имеющей на другом наружном конце выступ, предназначенный для взаимодействия с одним из ряда углублений, выполненных на внутренней поверхности барабана. Шестерня барабана находится в зацеплении с шестерней, закрепленной на валу отбора мощности, на котором закреплены ведущие задние колеса транспортного средства, а также шестерня, находящаяся в зацеплении с шестерней, имеющей храповой механизм, связанный с осью барабана, также несущей храповик с собачкой. Благодаря шестерням и храповикам обеспечивается однонаправленное вращение вала отбора мощности при раскручивании пружины, скручивание которой обеспечивается путем возвратно-поступательного перемещения устройства по поверхности.

Недостатком известной гибридной силовой установки следует признать непригодность для установки на летательных аппаратах из-за значительной массы.

Известна (RU, патент 2527248, опубл. 27.08.2014) гибридная силовая установка беспилотного вертолета - самолета, выполненная по последовательной гибридной технологии силового привода, снабженная левой и правой консольными мотогондолами с электродвигателями, вращательно связанными с соответствующими винтами поперечной группы. В состав силовой установки также входят носовая и кормовая мотогондолы продольной группы винтов, в которых наряду с поворотными валами соответствующих винтов размещены электродвигатели-генераторы, вращательно связанные с последними и выполненные обратимыми, а носовая мотогондола наряду с поршневым двигателем содержит выходную и входную муфты сцепления и имеет систему электропривода, включающую все электродвигатели, аккумуляторные перезаряжаемые батареи, преобразователь энергии с блоком управления силовой передачи, подключающим и отключающим электродвигатели и поршневой двигатель, переключающим генерирующую мощность и порядок подзарядки аккумуляторов.

Недостатком известной гибридной силовой установки следует признать ее массу, что делает сомнительной возможность полета летательного аппарата, на котором установлена данной силова установка.

Известна (RU, патент 33907, опубл. 20.11.2003) силовая установка, состоящая из двигателя внутреннего сгорания, соединенного с ним генератора переменного тока и аккумулятора. Она дополнительно снабжена генератором переменного тока, подключенным к двигателю внутреннего сгорания, и двигателем постоянного тока, установленным на одну ось с двигателем внутреннего сгорания и подключенным через реостат к аккумулятору и генератору переменного тока.

Известная установка предназначена для использования в электромобилях.

Недостатком известной гибридной силовой установки следует признать непригодность для установки на летательных аппаратах из-за значительной массы.

В ходе проведения патентно-информационного поиска не выявлено техническое решение, которое может быть использовано в качестве ближайшего аналога.

Техническая задача, решаемая с использованием разработанной конструкции, состоит в создании новой гибридной силовой установки для многороторных беспилотных летательных аппаратов.

Технический результат, достигаемый при реализации разработанной конструкции, состоит в значительном увеличении радиуса полета, а также расширении возможности применения таких аппаратов.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанную гибридную силовую установку для многороторных летающих платформ- мультикоптеров. Разработанная гибридная силовая установка содержит основание, на котором установлены топливный бак, двигатель внутреннего сгорания, соединительная муфта, электрогенератор, выпрямитель переменного тока и аккумулятор, при этом выход топливного бака подключен к двигателю внутреннего сгорания, вал двигателя внутреннего сгорания посредством муфты подключен к валу электрогенератора, выпрямитель переменного тока, вырабатываемого электрогенератором, подключен к аккумулятору, выходы которого подключены к блоку свечей зажигания двигателя внутреннего сгорания, к сервоприводу управления двигателем внутреннего сгорания, устройству управления двигателем внутреннего сгорания, к контроллеру оборотов вращения вала, соединяющего муфту и электрогенератор, а также к средствам вращения роторов, между муфтой и электрогенератором дополнительно на валу, их соединяющему, установлена крыльчатка охлаждения, подключенная к контроллеру оборотов.

Желательно, чтобы масса гибридной силовой установки не превышает 6 кг.

Предпочтительно, используемый топливный бак содержит средства подачи бензина и масла.

По условиям надежности, а также минимальных массогабаритных ограничений желательно, чтобы выпрямитель переменного тока был выполнен в виде диодного моста.

Предпочтительно номинальные обороты двигателя внутреннего сгорания, по меньшей мере, совпадают с номинальными оборотами генератора.

По техническим характеристикам (массогабариты, емкость, надежность и т.д.) используемый аккумулятор обычно представляет собой литий-полимерную батарею.

Также по техническим характеристикам желательно, чтобы в качестве электрогенератора был использован автомобильный генератор постоянного тока.

Разработанная конструкция гибридной силовой установки должна отвечать следующим требованиям:

1) выдавать на выходе постоянный ток;

2) выдавать напряжение, требуемое мультикоптеру для обеспечения питания винтомоторной группы (14-48 V);

3) выдавать силу тока, достаточную для обеспечения зависания мультикоптера в воздухе;

4) грузоподъемность, кг: 1-2;

5) время полета, мин: 90-180;

6) горизонтальная скорость, км/ч: 50;

7) дальность полета, км: 40-60;

8) иметь минимальный вес (не более 6 кг);

9) иметь минимальные габаритные размеры;

10) иметь модульную конструкцию;

11) содержать в себе все необходимые элементы для работы;

12) стабильно работать в течение полета;

13) иметь вибродемпфирование для гашения вибраций;

14) иметь электрические клеммы, совместимые с клеммами мультикоптера;

15) клеммы для коммутирования с мультикоптером должны располагаться удобным для работы образом.

Гибридная силовая установка (ГСУ) - это миниатюрная электростанция, характеристики которой оптимально подобраны под конкретную задачу. Ее устройство принципиально ничем не отличается от устройства общеизвестных бензо- и дизель-генераторов, которые используются для переработки жидкого топлива в электрическую энергию. ГСУ состоит из двигателя внутреннего сгорания (далее - ДВС), который во время работы сжигает топливо и вращает центральный вал, вырабатывая крутящий момент. Далее эта энергия через соединенную муфту передается на генератор тока. При вращении вала генератора с закрепленным на ним ротором на обмотках его статора генератора образуется электрический ток. Этот электрический ток, как правило, имеет трехфазный синусоидальный вид, что требует наличия на выходе выпрямительного устройства, как правило, в его роли выступает электрическая схема типа диодный мост. Управление двигателем требует наличия специального контроллера - т.н. гувернера. Это электронное устройство связано с датчиком оборотов и сервоприводом карбюратора ДВС. Гувернер управляет оборотами ДВС за счет принципа обратной связи и поддерживает обороты двигателя в заданных пределах. Питание электронных компонентов осуществляется компактной Li-Po-батареей.

Все компоненты ГСУ должны быть соединены друг с другом на единой несущей конструкции с целью обеспечения модульности и компактности. Компоновка элементов относительно друг друга зависит от собственных геометрических размеров, конструктивных особенностей, частоты номинальных оборотов и необходимости дополнительных передаточных редукторов.

Помимо взаимного расположения основных компонентов ГСУ: ДВС и генератора, в состав установки включаются еще несколько систем: топливная система, АКБ и управляющая электроника. Ввиду условия модульности, все компоненты ГСУ должны быть размещены на одной несущей конструкции, в едином блоке, в рамках одной несущей конструкции.

На основании вышеизложенного ГСУ предпочтительно состоит из следующих компонентов:

1) бензиновый двигатель внутреннего сгорания;

2) автомобильный электрогенератор постоянного тока;

3) механическая соосная муфта;

4) несущая конструкция, обеспечивающая крепление всех компонентов;

5) топливная система (топливный бак, топливные шланги);

6) система выпрямления и стабилизации напряжения;

7) система управления ДВС.

Компоновка основных узлов предпочтительно должна выполнятся с учетом следующих требований:

1) расположение валов генератора и ДВС должно быть соосно,

2) соединение друг с другом выполняется через упругую муфту;

3) рабочее направление вращения ДВС должно совпадать с рабочим направлением вращения генератора;

4) номинальные обороты ДВС должны совпадать быть не больше максимальных оборотов генератора.

Разработанная ГСу обеспечит достижение указанного технического результата.

1. Гибридная силовая установка для многороторных летающих платформ, характеризуемая тем, что она содержит основание, на котором установлены топливный бак, двигатель внутреннего сгорания, соединительная муфта, электрогенератор, выпрямитель переменного тока и аккумулятор, при этом выход топливного бака подключен к двигателю внутреннего сгорания, вал двигателя внутреннего сгорания посредством муфты подключен к валу электрогенератора, выпрямитель переменного тока, вырабатываемого электрогенератором, подключен к акккумулятору, выходы которого подключены к блоку свечей зажигания двигателя внутреннего сгорания, к сервоприводу управления двигателем внутреннего сгорания, устройству управления двигателем внутреннего сгорания, к контроллеру оборотов вращения вала, соединяющего муфту и электрогенератор, а также к средствам вращения роторов, между муфтой и электрогенератором дополнительно на валу их соединяющем установлена крыльчатка охлаждения, подключенная к контроллеру оборотов.

2. Силовая установка по п. 1, отличающаяся тем, что ее масса не превышает 6 кг.

3. Силовая установка по п. 1, отличающаяся тем, что топливный бак содержит средства подачи бензина и масла.

4. Силовая установка по п. 1, отличающаяся тем, что выпрямитель переменного тока выполнен в виде диодного моста.

5. Силовая установка по п. 1, отличающаяся тем, что номинальные обороты двигателя внутреннего сгорания, по меньшей мере, совпадают с номинальными оборотами генератора.

6. Силовая установка по п. 1, отличающаяся тем, что аккумулятор представляет собой литий-полимерную батарею.

7. Силовая установка по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве электрогенератора использован автомобильный генератор постоянного тока.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к авиации. Электролет содержит винтовые электродвигатели (1), электроветрогенератор (3), длина вала (4) ротора которого выходит за пределы фюзеляжа для установки лопастей (5).

Группа изобретений относится к способу предоставления предварительно заданной номинальной приводной характеристики в самолете, приводному устройству и самолету с приводным устройством.

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям летательных аппаратов вертикального взлета и посадки. Конвертоплан (1) содержит пару полукрыльев (3), по меньшей мере один первый винт (4), содержащий вал (6), который может вращаться вокруг первой оси (B) и поворачиваться вокруг второй оси (C) вместе с первой осью (B) относительно полукрыльев (3).

Изобретение относится к области авиационной техники. Многодвигательный электросамолет короткого взлета и посадки содержит фюзеляж с Т-образным оперением, гибридную силовую установку, меньшее цельноповоротное крыло с четырьмя мотогондолами, большее высокорасположенное крыло с двумя подкрыльевыми гибридными мотогондолами, расположенное сзади цельноповоротного крыла, и трехстоечное убирающееся колесное шасси.

Изобретение относится к области авиации, в частности к электроприводам винтов летательных аппаратов. Электропривод (1) летательного аппарата, в частности вертолета (20), по меньшей мере с одним несущим винтом (23), приводимым во вращение посредством динамоэлектрической машины (2), выполнен сдвоенного типа.

Изобретение относится к транспортным средствам для воздухоплавания. Энергодвигательная установка для дирижабля содержит корпус дирижабля, пропеллеры, соединенные с электродвигателями, энерговырабатывающую установку, электрически связанную с электродвигателями.

Электросамолет содержит фюзеляж, крылья, двигатели, оперение и шасси. На фюзеляже и крыльях установлены солнечные батареи, соединенные с аккумуляторами и двигателями.

Изобретение относится к области авиационной техники. Криогенный турбоэлектрический самолет короткого взлета и посадки выполнен по продольной схеме триплана с передним горизонтальным оперением, двухкилевым Н-образным оперением.

Изобретение относится к области авиации, в частности к системам обеспечения дополнительной энергией силовой установки летательного аппарата. Летательный аппарат с системой гибридного питания энергией силовой установки состоит из: - наружной конструкции (фюзеляжа, крыльев и т.д.), - электрического оборудования (34), - средств (40) внутреннего сгорания для создания тяги, - средства питания энергией средств создания тяги, а также из: - множества прямых преобразователей (24) световой энергии в электрическую энергию, расположенных на части наружной поверхности наружной конструкции; - средств (32) сравнения электрической энергии, производимой преобразователями (24); - средства отбора избыточной электрической энергии (36); - средств (38) подачи в средства (40) создания тяги дополнительной энергии за счет избыточной электрической энергии при ее наличии. Повышается мощность, снижается расход топлива, увеличивается дальность полета.

Изобретение относится к электрической силовой установке беспилотного летательного аппарата. Установка содержит маршевый электродвигатель, на оси которого жестко закреплен маршевый толкающий воздушный винт, баллон с водородом с закрепленным на нем редуктором, батарея топливных элементов, систему управления маршевым электродвигателем, контроллер батареи топливных элементов, стартовый электродвигатель, стартовый воздушный винт, контроллер стартового электродвигателя, гондолу.

Изобретение относится к способам доставки грузов в труднодоступные места. Способ позволяет осуществлять грузовые и пассажирские перевозки воздушным способом посредством вертолетных модулей, изготовленных отдельно или встроенных в грузовые контейнеры или пассажирские вагоны.

Изобретение относится к дистанционно устанавливаемым минам, предназначенным для нейтрализации или поражения наземных транспортных средств. Техническим результатом является повышение боевых (тактико-технических) характеристик противотанковой мины с возможностью пространственного перемещения с зависанием в воздухе, разведки, нейтрализации и разового поражения мобильных бронированных целей.

Изобретение относится к конструкциям транспортных средств, способных перемещаться по земле и в воздухе. Автовертолет содержит корпус автомобильной формы с кабиной, рулевую систему, гиростабилизатор, парашют, жалюзийные створки, силовую установку, закрытую обтекателем, образующим с корпусом воздушный канал.

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям индивидуальных летательных аппаратов. Летательный аппарат (1) содержит раму (3), снизу которой установлены два воздушных винта (5), (7) противоположного вращения на вертикальной оси, использующих общую ось (8) вращения.

Изобретение относится к системам наблюдения за местностью. .

Изобретение относится к стабилизированным вращением летательным аппаратам (ЛА) вертикального взлета и посадки и может быть использовано, в частности, в исследовательской и разведывательной областях.

Изобретение относится к авиации и направлено на создание новой конструкции летательного аппарата, который может использоваться в авиации. .

Изобретение относится к области летательных аппаратов и воздушного транспорта. .

Изобретение относится к области вертолетостроения. .

Изобретение относится к системам впуска транспортных средств. Способ эксплуатации гибридного транспортного средства, содержащий этап, на котором во время эксплуатации транспортного средства, когда температура всасываемого воздуха, обнаруженная перед запуском двигателя, но после остывания двигателя, не согласуется с температурой двигателя, снижают порог скорости транспортного средства, при котором разрешено автоматическое отключение двигателя, с первой, более высокой скорости до второй, более низкой скорости.

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям силовых установок летательных аппаратов. Гибридная силовая установка для многороторных летающих платформ содержит основание, на котором установлены топливный бак, двигатель внутреннего сгорания, соединительная муфта, электрогенератор, выпрямитель переменного тока и аккумулятор. Выход топливного бака подключен к двигателю внутреннего сгорания, вал двигателя внутреннего сгорания посредством муфты подключен к валу электрогенератора. Выпрямитель переменного тока, вырабатываемого электрогенератором, подключен к аккумулятору, выходы которого подключены к блоку свечей зажигания двигателя внутреннего сгорания, к сервоприводу управления двигателем внутреннего сгорания, устройству управления двигателем внутреннего сгорания, к контроллеру оборотов вращения вала, соединяющего муфту и электрогенератор, а также к средствам вращения роторов, между муфтой и электрогенератором дополнительно на валу их соединяющем установлена крыльчатка охлаждения, подключенная к контроллеру оборотов. Обеспечивается увеличение радиуса полета, а также расширение возможности применения летательных аппаратов с такой силовой установкой. 6 з.п. ф-лы.

Наверх