一种用于小型活塞式发动机的电涵道增压装置及增压方法与流程

本发明涉及航空发动机领域，特涉及一种用于小型活塞式发动机的电涵道增压装置及增压方法。

背景技术：

现有的发动机增压技术主要涉及到大型的航空发动机以及汽车用的发动机，其所用的涡轮增压技术是利用发动机的废气带动涡轮来压缩进气，从而提高发动机的功率和扭矩。

对需要用于高海拔的小型活塞式发动机增压技术很少，且一般采用废气增压技术的小型发动机造价高，市面上无相关产品。现有的小型飞行器在高海拔飞行时，其飞行功率较低，导致飞行器整体性能下降。而对于一般的小型飞行器来说，采用较大的发动机会增加整体的制造成本，且同时会增加整机的重量，致使即使采用较大功率的发动机，也难以提高在高海拔下小型飞行器的飞行性能。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于小型活塞式发动机的电涵道增压装置及增压方法。本发明通过检测氧气与气压的信号，实时调整电涵道电机的转速，解决了小型发动机在高海拔地区的增压问题，使小型飞行器发动机输出功率稳定，确保了飞行器的飞行性能。

本发明的技术方案是：一种用于小型活塞式发动机的电涵道增压装置，包括电涵道、进气道、发动机化油器、发动机、气压传感器、氧气传感器和控制电路，进气道后端连接电涵道，进气道前端连接发动机化油器，发动机化油器与发动机连接，其特征在于：所述的气压传感器和氧气传感器设置在飞行器外部，所述的控制电路包括电源转换模块、滤波电路、气压信号、氧气信号、控制系统、电调、电流保护电路，直流12v电压分别输入电源转换模块和滤波电路，滤波电路输出分别连接气压传感器、氧气传感器和电流保护电路，气压传感器、氧气传感器输出的气压信号、氧气信号分别输入控制系统，电源转换模块输出5v和3.3v电压分别与电调和控制系统连接，控制系统输出pwm脉冲信号至电调中，电调与电流保护电路共同控制电涵道电机的转动速度；所述的电流保护电路包括第一电阻、第二电阻、电容和pmos管，pmos管的源极连接第二电阻，pmos管的栅极与第一电阻连接，第二电阻和第一电阻另一端连接5v输入电压，pmos管的源极与12v输入电压连接，pmos管的漏极输出12v直流电压，pmos管的漏极通过电容与地连接。

根据如上所述的用于小型活塞式发动机的电涵道增压装置，其特征在于：所述的pmos管为fdma520pz芯片。

根据如上所述的用于小型活塞式发动机的电涵道增压装置，其特征在于：所述的电容为100nf。

根据如上所述的用于小型活塞式发动机的电涵道增压装置，其特征在于：所述的第一电阻为510ω。

根据如上所述的用于小型活塞式发动机的电涵道增压装置，其特征在于：所述的第二电阻为1000ω。

本发明还公开了一种用于小型活塞式发动机的电涵道增压方法，其特征在于：包括以下步骤：控制系统实时采集气压信号和氧气信号，气压信号浓度为x，氧气信号浓度为y，其中x和y的取值范围在0至1之间；控制系统根据x和y确定pwm脉冲信号频率，其中pwm脉冲信号频率f＝f1+f1(1-x)+f1(1-y)，其中f1为正常工作频率。

本发明的有益效果是：一是只需增加气压传感器和氧气传感器，飞行器整体重量几乎没有改变，但能够十分方便的调节电涵道的气压，进而提高了发动机的功率和扭矩；二是采用pwm脉冲信号控制电机转速，控制系统简单且控制精度高；三是通过电流保护电路确保在电机变速过程中电压平稳，使电涵道电机在高速下能长期正常工作。

附图说明

图1为本发明的电路框图；

图2为电流保护电路图；

图3为结构示意图。

附图标记说明：电涵道1、进气道2、发动机化油器3、发动机4。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1至图3所示，本发明的用于小型活塞式发动机的电涵道增压装置包括电涵道1、进气道2、发动机化油器3、发动机4以及控制电路，进气道2后端连接电涵道1，进气道2前端连接发动机化油器3，发动机化油器3与发动机4连接，气压传感器和氧气传感器设置在飞行器外部，分别用于采集气压信号和氧气信号。

如图1和图2所示，本发明的控制电路包括电源转换模块、滤波电路、气压信号、氧气信号、控制系统、电调、电流保护电路，控制电路对电涵道1的电机进行控制，电机控制电涵道浆叶旋转。直流12v电压分别输入电源转换模块和滤波电路，滤波电路输出分别连接气压传感器、氧气传感器和电流保护电路，气压传感器、氧气传感器输出的气压信号、氧气信号分别输入控制系统，电源转换模块输出5v和3.3v电压分别与电调和控制系统连接，控制系统输出pwm脉冲信号至电调中，电调与电流保护电路共同控制电涵道1电机的转动速度。

如图2所示，本发明的电流保护电路包括第一电阻r41、第二电阻r42、电容c40和pmos管q5，pmos管q5的源极连接第二电阻r42，pmos管q5的栅极与第一电阻r41连接，第二电阻r42和第一电阻r41另一端连接5v输入电压，pmos管q5的源极与12v输入电压连接，pmos管q5的漏极输出12v直流电压，pmos管q5的漏极通过电容c40与地连接，这样可以隔离干扰信号。本发明的电流保护电路可以通过调整第一电阻r41和第二电阻r42的参数保护电涵道1电机电流的输入范围，第一电阻r41控制栅极电流不至于过大，第二电阻r42控制栅极的常态，通过调整第一电阻r41和第二电阻r42的值可以调整电涵道1电机电流的大小。

本发明的控制系统可以采用单片机、arm芯片，如采用stm32系列芯片，其为基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的armcortex-m3内核。pmos管q5为fdma520pz芯片，电容c40为100nf，第一电阻r41为510ω，第二电阻r42为1000ω，其中第一电阻和第二电阻为可调电阻，便于调节电机电流的输入范围。

本发明还公开了一种用于小型活塞式发动机的电涵道增压方法，包括以下步骤：控制系统实时采集气压信号和氧气信号，气压信号浓度为x，氧气信号浓度为y，其中x和y的取值范围在0至1之间；控制系统根据x和y确定pwm脉冲信号频率，其中pwm脉冲信号频率f＝f1+f1(1-x)+f1(1-y)，其中f1为正常工作频率，一般来说，当输出的频率为正常工作频率2倍时，则限制飞行器继续上升。本发明中，气压信号浓度正常时，x＝1，当气压信号浓度为正常时70％时，x＝0.7，y信号取值相同。

本发明通过pwm脉冲信号控制电机转速，并通过飞行器所处的气压和氧气环境调节发动机的转速大小，进而提高进氧量，本发明的方法只需增加气压传感器和氧气传感器，重量增加少，但能够十分方便的调节电涵道的气压，进而提高了发动机4的功率和扭矩。

技术特征：

技术总结
本发明涉及航空发动机领域，特涉及一种用于小型活塞式发动机的电涵道增压装置及增压方法。本发明的气压传感器和氧气传感器设置在飞行器外部，控制电路包括电源转换模块、滤波电路、气压信号、氧气信号、控制系统、电调、电流保护电路，直流12V电压分别输入电源转换模块和滤波电路，滤波电路输出分别连接气压传感器、氧气传感器和电流保护电路，气压传感器、氧气传感器输出的气压信号、氧气信号分别输入控制系统，控制系统输出PWM脉冲信号至电调中，电调与电流保护电路共同控制电涵道电机的转动速度。本发明解决了小型发动机在高海拔地区的增压问题，使小型飞行器发动机输出功率稳定，确保了飞行器的飞行性能。

技术研发人员：李仁府;蒲莉亚;吴海燕;王智成;王俊
受保护的技术使用者：武汉华伍航空科技有限公司
技术研发日：2017.08.24
技术公布日：2017.11.24