专利名称：具有发动机空中重起功能的无人直升机持续稳压供电系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及无人机的电力供应，特别涉及无人直升机低压直流供电系统。尤其是
指具有发动机空中重起功能的无人直升机持续稳压供电系统。
背景技术：
无人直升机供电系统需保证整个飞行过程中稳定、持续供电，任何时刻不允许机 上的电网电压出现过大波动。而直升机发动机一旦空中停车，需要重新起动；起动时电流瞬 间增大，增幅约70A(视不同直升机而定)，导致机上电网压降过大，机载设备瞬间失压，严 重时会使整个无人直升机的飞行控制系统失效，从而发生重大事故。目前的无人直升机供 电系统设计对上述情况采用超级电容辅助供电的方法进行规避，可以部分改善起动时的电 压下降幅度，但对整个机载设备电网电压仍然存在严重的干扰。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有发动机空中重起功能的无人直升机持续稳压供电 系统，采用物理隔离的方法将起动电机运行时的干扰排除，对无人直升机机载电子系统的 电源安全性有本质上的改善。 本发明为一种具有发动机空中重起功能的无人直升机持续稳压供电系统，该系统 包括 至少一台发电机，由无人直升机发动机驱动提供电压； 至少一台发电机控制盒，与所述的发电机连接，用来保持发电机输出电压值在设 定范围； 配电网，它通过供电线路连接至发电机以接受所述发电机产生的电压； 至少一台设备蓄电池，它通过供电线路连接至配电网，在发电机未工作时向机载
设备供电； 至少一台起动蓄电池，起动时为起动机供电，起动完成后，通过第一电磁继电器连 接至配电网； 该第一电磁继电器，用来接通或断开起动蓄电池与配电网的连接；
—个第二电磁继电器，用来接通或断开发电机控制盒与配电网的连接；
—个第三电磁继电器，用来接通或断开起动机； —个主控制盒，与上述第一 电磁继电器、第二电磁继电器、第三电磁继电器连接， 用来接收与该主控制盒相连接的机载管理计算机的指令，并将电流放大以驱动电磁继电 器。 其中，所述的第一电磁继电器为常闭继电器。 其中，所述的第二电磁继电器、第三电磁继电器为常开继电器。 起动时，起动蓄电池与配电网断开，起动蓄电池单独为起动机供电，设备蓄电池为 机载设备供电。起动完成后，将起动蓄电池接至配电网，与设备蓄电池一起为机载设备供电，或与设备蓄电池一起接受发电机的充电，并平衡发电机电压不稳带来的电压波动。
本发明的优点是 第一，起动时将起动蓄电池与配电网断开，避免了起动瞬时增加的起动电流对机 上配电网的影响，克服了起动时配电网电压波动过大的问题，保证了空中发动机安全重起 动； 第二，起动完成后，将起动蓄电池接至配电网，与设备蓄电池一起，在发电机故障 或大负载时，向机载设备供电。提高了蓄电池的蓄电、供电能力，增加了蓄电池的容量。
图1是起动机、发电机分立的无人直升机供电系统切换示意图；
图2是起动/发电机一体的无人直升机供电系统切换示意图；
图3为主控制盒内部示意图。
具体实施方式
实施方案1 图1所示为某轻型无人直升机的供电系统，本例中起动机与发电机为两个独立的 设备。 发动机101通过齿轮106与起动机103相连，通过皮带105驱动发电机102。发电 机102通过主控制盒109进行开关控制。发电机控制盒104通过控制发电机102的磁场电 流，使发电机102输出电压值保持在所需电压范围。发电机102通过其内部的二极管将产 生的交流电转为直流电。该二极管还可阻止当发电机102电压过低时，设备蓄电池108和 起动蓄电池110通过发电机102放电。 起动蓄电池110、插座111通过配电线210及常闭继电器114连接至配电总线206。 此处114选择常闭继电器是因为该继电器在多数时间下为闭合状态，只有在起动时需要断 开，选择常闭继电器可以节省电能。插座111连接外部电源，用于蓄电池108U10的补充充 电及发动机101地面起动。为了保证起动蓄电池110的容量，在地面条件允许的情况下用 地面电源起动，起动完成后，脱开地面电源。 主控制盒109接受管理计算机141指令，控制常开继电器112、 113及常闭继电器 114的动作，并实时监控配电网电压。
地面遥控起动操作基本流程 1、若使用地面电源将地面电源接至插座lll，接通设备供电开关150、151、152、 153等； 2、通过地面测控站发送"起动"命令至管理计算机141，管理计算机141将"起动" 命令转发至主控制盒109。主控制盒109首先断开常闭继电器114，然后接通常开继电器 113，接通起动机103，并为起动增压器107供电。发动机起动期间，磁电机(图1中未画出) 不能产生足够的电压来完成点火，起动增压器107利用起动蓄电池110来对磁电机输出电 压进行增压。 3、发动机起动后，地面测控站发送"起动完成"命令至管理计算机141，主控制盒 109将常开继电器113断开，起动机103与发动机101脱开。此时若使用地面电源，将地面
4电源脱开。 4、主控制盒109将常开电磁继电器112接通，发电机102开始发电。通过发电机 控制盒104监控配电网电压，实时控制发电机102输出电压为设定值。主控制盒109将常 闭继电器114闭合，将起动蓄电池110接至配电总线206，进行补充充电，或者与设备蓄电池 108 —起为机载设备供电。 上述操作便完成发动机101起动前后起动蓄电池110的切换功能。上述主控制盒 109的对外操作均为接收到管理计算机141的指令后执行。 发动机101起动完成后，通过自身驱动磁电机产生高压点火，不再需要无人直升 机配电网供电。 在空中飞行过程中，一旦管理计算机141发现发动机停车，即切换至发动机空中 重启模式。管理计算机141将相应命令发送至主控制盒109。主控制盒109在此时将常闭 继电器114切断，断开常开继电器112，接通常开继电器113，发动机101重新起动。起动完 成后，断开常开继电器113，管理计算机141恢复至正常模式，主控制盒109将常闭继电器 114、常开继电器112闭合。
实施方案2 图2所示为某重型无人直升机的供电系统，本例中起动机与发电机为同一个的设 备。 发动机101通过齿轮106与起动/发电机120相连。发动机101起动时，起动/发 电机120作电动运行，拖动发动机101加速到怠速，发动机101点火后，再由发动机101拖 动起动/发电机120，使之运行在发电状态，向配电网提供电能。起动发电机控制盒122通 过信号线220采集当前转子的位置、转速，通过信号线221检测当前电流，通过控制线304 控制功率变换器121。功率变换器121保证电能的输入输出。功率变换器是为了保证电流 正反两个方向运行正常；在起动\发电机一体的情况下，一开始配电网需要给起动\发电机 供电，起动完成后，起动\发电机将电能输送到配电网，通过功率变换器将交流电变换为直 流电。 图2中其它部分与图1类似，此处不再赘述。 起动流程为先由主控制盒109断开常闭继电器114，然后控制接通常开继电器 112及113。起动完成后，起动/发电机控制盒122将起动/发电机120转化为发电状态， 向配电网输出电能。继电器112、113保持闭合状态，闭合常闭继电器114。
图3为实施方案1和实施方案2中主控盒109内部示意图，用于计算机DO端口不 足时扩展DO端口 。主控盒109通过RS422接口 134与管理计算机141进行通讯，根据接收 命令由单片机130通过DO端口控制固态继电器131、 132、 133的接通与断开，以控制常开继 电器112、113、常闭继电器114的接通与断开。
权利要求
一种具有发动机空中重起功能的无人直升机持续稳压供电系统，其特征在于该系统包括至少一台发电机，由无人直升机发动机驱动提供电压；至少一台发电机控制盒，与所述的发电机连接，用来保持发电机输出电压值在设定范围；配电网，它通过供电线路连接至发电机以接受所述发电机产生的电压；至少一台设备蓄电池，它通过供电线路连接至配电网，在发电机未工作时向机载设备供电；至少一台起动蓄电池，起动时为起动机供电，起动完成后，通过第一电磁继电器连接至配电网；该第一电磁继电器，用来接通或断开起动蓄电池与配电网的连接；一个第二电磁继电器，用来接通或断开发电机控制盒与配电网的连接；一个第三电磁继电器，用来接通或断开起动机；一个主控制盒，与上述第一电磁继电器、第二电磁继电器、第三电磁继电器连接，并接收与该主控制盒相连接的机载管理计算机的指令，并将电流放大以驱动电磁继电器。
2. 根据权利要求1所述的具有发动机空中重起功能的无人直升机持续稳压供电系统， 其特征在于所述的第一电磁继电器为常闭继电器。
3. 根据权利要求1所述的具有发动机空中重起功能的无人直升机持续稳压供电系统， 其特征在于所述的第二电磁继电器、第三电磁继电器为常开继电器。
全文摘要
一种具有发动机空中重起功能的无人直升机持续稳压供电系统，包括至少一台发电机，由无人直升机发动机驱动提供电压；至少一台发电机控制盒，与所述的发电机连接；配电网，它通过供电线路连接至发电机以接受所述发电机产生的电压；至少一台设备蓄电池，它通过供电线路连接至配电网；至少一台起动蓄电池，通过第一电磁继电器连接至配电网；一个第二电磁继电器，用来接通或断开发电机控制盒与配电网的连接；一个第三电磁继电器，用来接通或断开起动机；一个主控制盒，与上述第一电磁继电器、第二电磁继电器、第三电磁继电器连接，并接收与该主控制盒相连接的机载管理计算机的指令，并将电流放大以驱动电磁继电器。
文档编号H02J9/06GK101710732SQ200910237538
公开日2010年5月19日 申请日期2009年11月11日 优先权日2009年11月11日
发明者周尧明, 武哲, 祝明, 章磊 申请人:北京航空航天大学