一种无人机混合燃料装置的制作方法

本发明涉及无人机技术领域，具体是涉及一种无人机混合燃料装置。

背景技术：

常规的固定翼无人驾驶飞机通常将燃料存放在机翼中。一种常用的在机翼中存储燃料的方法被称为“湿翼法”。该方法在无人机机翼内存储燃料，将接缝，铆钉孔，接头等开口处密封，使用无人机机翼的中空腔直接储存燃料。另一种常规方法是在无人机机翼中放置刚性容器，并将燃料储存在刚性容器中，这种方法被称为“刚性容器法”。还有一种被称为“油囊法”，是将燃料油囊放入无人机机翼中，用以储存燃油。

然而，上述方法都存在很多缺陷。对“湿翼法”来说，无人机机翼的每个密封缝，铆钉孔，接头等开口处都是潜在的故障点。因此，使用“湿翼法”的无人机需要做持续的密封检查，而且在发现泄露时需要进行复杂的维护工作以封堵泄漏点。对“刚性容器法”来说，刚性容器通常无法延伸至框架构件，紧密区域等间隙之中，因此传统的刚性罐法不能有效地利用无人机机翼的可用空间。此外，当燃料被消耗，空气进入刚性容器时，无人机做翻滚、俯冲等高g动作会导致刚性容器里的空气被吸入燃油管路，可能导致发动机故障。对“油囊法”来说，油囊内部必须达到真空状态以防多余的空气给无人机增加重量。油囊很容易因燃料腐蚀等原因产生细小裂缝，造成燃料渗漏。一次常规的油囊检查和加油程序需要使用专业的燃油排放设备，油囊需要保持五分钟的真空状态。因此采用“油囊法”成本昂贵，工序繁琐，耗费时间。

与上述常规方法不同，本发明提出的无人机混合燃料装置包括主油箱和一组柔性油囊，每个柔性油囊可将燃料排放至主油箱中。通过将柔性油囊灵活的放置在无人机机翼中，燃料存储较常规的“湿翼法”泄露风险更低，且能比“刚性容器法”携带更多的燃料，更高效。此外，柔性油囊内的燃料可以被完全抽干，而不用担心发动机供油管路吸入空气造成故障，可以在充分利用油囊储存的燃料的同时进行各种高g机动。由于每个油囊都通过管路接通主油箱，在加油时无需抽空柔性油囊内多余的空气。当油囊充满燃料时，柔性油囊内的气体将排放至主油箱中，通过给主油箱和油囊加压可将混合燃料系统的燃料储存能力最大化。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：现有的燃料储存技术容易造成燃料泄漏，腐蚀机体。不能有效利用机翼空间，限制了无人机做高g动作。加油时需要专业设备，成本高昂，耗费时间。本发明将油囊和刚性罐相结合，设计了一套完整的连通排气系统，增大了燃料储存空间的同时，解除了无人机因发动机供油问题而导致的机动限制，简化了无人机加油时的操作，缩短了时间。

本发明的技术方案是：一种无人机混合燃料装置，包括主油箱7、两个柔性油囊5和进出油组件、排气管14、正压止回阀10和负压止回阀11；主油箱7内设有调节器，正压止回阀10和负压止回阀11为单向阀，与主油箱7连接，且连接方向相反，负压止回阀11方向朝向主油箱7；所述两个柔性油囊5对称分布在两个机翼里，每个柔性油囊5上均设有通气口和燃料口，通气口通过排气管14和主油箱7连接，燃料口与燃油管路连接；所述进出油组件包括旁通阀16和输送泵15，输送泵15一端通过管路与主油箱7连接，另一端通过燃油管路与燃料口连接；输送泵15旁连有旁通阀16，通过旁通阀16控制进油出油量；进油时，打开旁通阀16，外部燃油经主油箱7和旁通阀16后进入柔性油囊5中，此时柔性油囊5中的气体通过排气管14进入主油箱7，经正压止回阀10排出，当排至有少量液体溢时，关闭旁通阀16，停止进油，然后通过输送泵15将柔性油囊5中的燃油输入至主油箱7中；发动机工作时，通过主油箱7内的调节器13为发动机提供燃油，此时空气从负压止回阀11进入主油箱7维持压力，防止主油箱7出现负压导致燃油逆流。

本发明的进一步技术方案是：所述柔性油囊5采用可伸缩材料制成。

发明效果

本发明的技术效果在于：本发明提出的一种无人机混合燃料装置，如上所述，包括主油箱和一组柔性油囊，柔性油囊与主油箱连接。燃料储存于由主油箱和柔性油囊组成的燃料储存空间中。通过将柔性油囊放置在无人机机翼中，混合燃料装置较常规的湿翼法泄露风险更低，较刚性罐法燃油携带量更多，效率更高。柔性油囊内的燃料可以被完全利用，不用担心柔性油囊的燃料口暴露，从而充分利用携带燃料，释放无人机的机动限制。此外，每个柔性油囊与主油箱连通，在加油期间无需抽空柔性油囊内的气体。相反在填充燃料时柔性油囊内的气体会通过排气口自动排出。主油箱和柔性油囊内可保持正压，从而使混合燃料装之的储存容量最大化。

附图说明

图1为无人机混合燃料装置的总体图

图2是显示特定细节的无人机混合燃料装置的总体图

图3是无人机混合燃料装置的加油示意图

图4是无人机混合燃料装之的执行流程图。

图中：1.控制器2.机身3.发动机4.机翼5.柔性油囊6.燃料管路7.主油箱8.有效载荷9.尾部10.正压止回阀11.负压止回阀12.填充管路13.调节器14.排气管15.输送泵16.旁通阀17.输出端18.输入端19.燃油管路20.分支接口21.通气口22.燃料口23.多孔拉伸管24.燃料源25.燃料26.步骤一27.步骤二28.步骤三

具体实施方式

一种飞机混合燃料系统包括主油箱和一组与主油箱连接的柔性油囊。在无人机机翼中放置柔性油囊，泄露风险较常规的“湿翼法”更低，而且比常规的“刚性罐”法空间利用率高，柔性气囊内的燃料可完全被利用，且不用担心供油管吸入空气，释放无人机的机动限制。由于每个柔性油囊都通向主油箱，因此无需在加油期间抽出柔性油囊内的多余空气，在加油时柔性油囊中的空气通过管路进入主油箱。此外，主油箱和柔性气囊都可以通过加以正压的方式使混合燃料装置的燃料储存能力最大化。

所述采用混合燃料系统的无人机包括机体，控制器1，发动机3，混合动力系统6和有效载荷8。这些部件通过机械元件、电子控制线、传感器等连接。机体提供对无人机的其他部件的支撑和保护。如图1所示，机体包括机身2，机翼4和尾部9。控制器1可通过线路执行来自地面控制站的指令或与编程的飞行计划。发动机3位飞机2提供推进，混合燃料装置为发动机3提供燃料。混合动力燃料装置6包括主油箱7，柔性油囊5，机翼4。在加油时气体从柔性气囊8排放至主油箱7。有效载荷8用于执行无人机的特定任务，例如摄像机，雷达系统等。柔性油囊5在机翼4内的空间中展开膨胀，有效利用其狭小空间。

所述混合动力燃料装置6包括主油箱7，一组柔性油囊5，一组燃料管路6，输送泵15，旁通阀16，正压止回阀10，负压止回阀11，箱内调节器13和填充管路12，柔性油囊5采用聚氨酯材料，显示出为向内稍微倾斜，即外侧端部比内侧端部更高。主油箱7是金属材质的硬罐，位于机体的中心位置。当燃料从中抽出时，主油箱7不会像柔性油囊一样收缩，本实施例中，油囊采用聚氨酯材料。每个柔性油囊5包括通气口21和具有多孔拉伸管23的燃料口22。每个通气口21经由排气管14连接到主油箱7。当弹性气囊8填充燃料时，气体通过排气管14从柔性气囊8中排放至主油箱7。此外，每个燃料口22经由燃料管线进入输送泵15的输入端18。如图2所示，燃料管线包括分支接口20，以便将两个燃料口22连接至输送泵15的输入端18。输送泵15的输出端17连接到主油箱7。因此当输送泵15工作时，燃料会从通过燃料口22从柔性油囊5吸入主油箱7中。旁通阀16将燃料管线和主油箱7连接，提供与输送泵15的平行路径。当旁通阀16处于打开状态时，允许燃料绕过输送泵15，在主油箱7和柔性油囊5之间流动。因此，柔性油囊5填充燃料时，柔性油囊5中的气体会经由排气管14排入主油箱7中。当旁通阀处于关闭状态时不允许燃料绕过输送泵15。因此，当输送泵15工作且旁通阀16关闭时，输送泵15能够将燃料从柔性油囊5有效的吸入主油箱7中。正压止回阀10在预定的压力下防止燃料从由主油箱7和一组柔性气囊8组成的燃料容纳空间中逸出。燃料能够填充容纳空间并保持正压。正压止回阀10相对于主油箱7指向向外，仅允许气体由容纳空间内流出，因此直到所有气体通过正压止回阀10逸出，燃料填满容纳空间后最终从正压止回阀逸出，正压力下降至预定正压力时，燃料停止逸出。负压止回阀11的方向相对于主油箱7向内，仅允许气体进入主油箱7，防止在燃料容纳空间内形成负压，从而保证燃料能够输入顺利输送至发动机3。调节器13设置在主油箱7内，在工作时将燃料从主油箱7供给到发动机3。填充管路12将外部燃料源输送至主油箱7。

所述无人机混合燃料装置的工作情况如图3所示，柔性油囊5现在被定位成外侧端部比内侧端部更低，使得通气口21位于柔性油囊5的顶部。可通过倾斜无人机成一定角度甚至颠倒使柔性油囊5达到适宜角度，并在加油期间保持该角度。一旦混合燃料装置的柔性油囊5以图3所示的方向定位，则将旁通阀16从关闭状态调至打开状态，可建立一条绕过输送泵15的连接主油箱与柔性油囊5的管路。外部燃料源24通过填充管路12提供燃料25至主油箱7。当燃料25进入主油箱7时，燃料25通过旁通阀16、燃油管路19和燃料口22进入柔性油囊5。当柔性油囊充满燃料25时，柔性油囊5内的气体都通过通气口21和排气管14进入主油箱7。该过程中主油箱7内部积聚正压力，当正压超过阈值，由于正压止回阀10位于主油箱7的顶部，气体首先通过正压止回阀10离开。此外柔性油囊5完全充满燃料并充分膨胀至机翼的空腔中，最大限度地利用机翼空间。当气体从柔性油囊中通过排气管14排出后，燃料通过通气口21和排气管14进入主油箱7。最终，由主油箱7和一组柔性油囊5组成的燃料容纳空间在正压下充满燃料，燃料通过正压止回阀10逸出。此时停止从燃料源继续输送燃料25，将燃料源与填充管路12断开，关闭旁通阀16以防止绕过输送泵15，再密封填充管路12以防止燃料通过其逸出，此时无人机混合燃料装置储存燃料达到最大。在飞行期间，控制器1控制舱内调节器13将燃料25从主油箱7输送至发动机3，输送泵15将燃料25从柔性油囊5吸入主油箱7。当燃料25倍输送泵15吸入主油箱时，柔性油囊收缩，从而能够充分利用所有燃料25。传感器在飞行期间监视输送泵15的运转，测量确定当柔性油囊5中没有燃料25可以被泵送时，输送泵是否仍在工作。通气口21和主油箱7之间的排气通道设置有止回阀，方向朝向主油箱。止回阀防止主油箱7内的任何空气在飞行期间通过通气口21被抽回柔性油囊5中。在加油期间，柔性油囊5中的任何气体可通过止回阀从柔性油囊5中进入主油箱7。当输送泵15停止工作，柔性油囊5被完全排空后，控制器1继续操作舱内调节器13，将残料在主罐中的燃料25输送至发动机3。最终，主油箱燃油完全耗尽，负压止回阀允许空气进入主油箱，防止主油箱内部出现负压力而导致燃料25以错误方式流动。一旦无人机完成任务，混合燃料装置可以通过简单重复上述过程来加油，无需抽空柔性气囊8中的空气，易于使用和维护，结构可靠。

所述无人机混合燃料装置的操作程序如图4所示。在步骤31中，首先准备从燃料源输送燃料。无人机混合燃料系统包括主油箱和无人机机翼中的一组柔性油囊。用户需要倾斜飞机或机翼将柔性油囊定位至加油状态，使得每个柔性油囊的排气口处于顶部。用户还需打开主油箱与柔性油囊之间的旁通阀以提供绕过输送泵的燃料管道。用户需要将燃料源连接到通向主油箱的填充管路。在步骤32中，用户将燃料从燃料源输送至燃料容纳空间中。燃料首先进入主油箱，然后通过旁通阀进入一组柔性油囊。在燃料填充至通气端之前，柔性油囊中的所有气体都将通过排气口排至主油箱。用户继续供应燃料，正压止回阀持续排放燃料容纳空间中的气体，最后溢出燃料，表明燃料容纳空间此时已充满燃料。此时用户停止继续输送燃料。在步骤33中，用户需关闭旁通阀，去除燃料源并密封填充管路，如有需要用户可重新调整无人机姿态以便起飞。此时混合燃料系统可将燃料输送至发动机，无人机可执行任务。

本实施例是一种无人机混合燃料装置。

该方法包括准备无人机的混合燃料装置以及燃料源，包括将燃料从燃料源输送到由柔性油囊和主油箱组成的燃料储存空间中，同时将柔性油囊中的气体排放至主油箱，还包括在燃料源的燃料进入储存空间后，混合燃料装置将燃料输送至无人机的发动机。

在本实施例中，每个柔性油囊有通气端和密封端，燃料从燃料源输送到储存空间中，同时气体从柔性油囊中排出。包括确定无人机的姿态角度，使得每个柔性油囊的通气端位于该柔性油囊的密封端上方。以及在确定无人机姿态角度后，在填充柔性油囊的通气端之前，先供应燃料以填充每个柔性油囊的密封端。供应燃料包括通过每个柔性油囊的燃料端口供应燃料，同时柔性油囊内的气体进入通气口离开柔性油囊，通过连接通气口的管路进入主油箱。输送泵与主油箱和柔性油囊互相连接，将燃料从一组柔性油囊里泵送至主油箱中。

燃料还可通过围绕输送泵的另一组路径输送至柔性油囊中。旁通阀与主油箱和柔性油囊相互连接，控制燃料是否可以流入主油箱。将旁通阀调至打开状态，允许燃料从主油箱流入柔性油囊，燃料可从燃料源流入主油箱和柔性油囊中。旁通阀管路平行于主油箱和柔性油囊之间的输送泵路径。燃料源提供燃料流入主油箱和柔性油囊所需的燃料正压力。正压止回阀与主油箱连接，防止燃料从主油箱溢出。负压止回阀与主油箱连接。当油箱内出现负压时，空气可通过负压止回阀进入油箱，防止邮箱中出现负压。柔性油囊设置在无人机的两侧机翼中。当燃料源提供的燃料进入两翼柔性油囊时，柔性油囊膨胀。当燃料从油囊中泵送至主油箱时，柔性油囊恢复原状。

燃料通过燃料输送调节器从主油箱输送到无人机的发动机，同时输送泵将燃料从一组柔性油囊中输送至主油箱。一旦原来该组柔性油囊中的燃料已经转移至主油箱，则停止输送泵工作，可使每个柔性油囊中燃料的利用率最大化。另一组排气管路通道将柔性油囊和主油箱连接，该管路可将气体从柔性油囊排入主油箱中。