一种可利用发动机热量的无人机设备舱温度控制系统的制作方法
【专利摘要】一种可利用发动机热量的无人机设备舱温度控制系统，它由发动机散热器、设备舱、二级热交换舱、气体过滤网、温度传感器、温度控制模块和导气风扇组成，温度传感器置于设备舱内，导气风扇与气体过滤网设置在设备舱两侧，温度控制模块在设备舱内通过线缆与温度传感器和导气风扇连接，二级热交换舱位于气体过滤网旁并与发动机散热器相连通。本发明针对无人机设备舱温度控制系统在设备舱加热过程中耗费机载能源的问题进行改进，利用发动机散热器产生的大量废热对机载设备舱进行加热，节省了温度控制系统在加热工作模式下对机载能源的消耗，提升了无人机的总体性能。
【专利说明】一种可利用发动机热量的无人机设备舱温度控制系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种可利用发动机热量的无人机设备舱温度控制系统，它用于无人机 的设备舱温度控制，是无人机环境控制系统的重要组成部分，属于无人机设计【技术领域】。 技术背景
[0002] 无人机设备舱温度控制系统的功能是调节无人机设备舱的温度，将设备舱的温度 控制在电子设备允许的温度范围内。无人机的设备舱一般设置在机身内部，采用封闭式结 构，形成独立的舱段。一方面，设备舱内的电子设备在工作时会产生大量的热，若热量无法 及时排出，将导致设备舱内温度升高，当温度超过电子设备的工作温度上限后，电子设备将 无法正常工作。另一方面，当无人机所处的外部环境温度过低时，设备舱内的热量迅速散 失，使舱内温度过低，当温度低于电子设备的温度下限后，电子设备同样无法正常工作。为 保证电子设备可以在不同外部温度环境下正常工作，需要对设备舱内的温度进行控制。无 人机设备舱温度控制系统要同时具备散热和加热功能。目前无人机的温度控制系统同时采 用加热和散热两套装置，当温度过高时，散热装置工作，防止设备舱温度过高；当温度过低 时，加热装置工作，防止设备舱温度过低，由此保证设备舱处于合理的温度范围。目前无人 机温度控制系统依赖无人机本身的能源进行工作，特别是在加热过程中，大多采用电阻加 热的方式，这种加热方式对机载能源的消耗很大，降低了无人机的总体性能。而另一方面， 无人机的发动机在工作过程中会产生大量的热量，这部分热量都通过发动机散热器直接排 出机体以外，没有得到有效的利用。
【发明内容】
[0003] 本发明针对无人机设备舱温度控制系统在设备舱加热过程中耗费机载能源的问 题进行改进，利用发动机散热器产生的大量废热对机载设备舱进行加热，节省了温度控制 系统在加热工作模式下对机载能源的消耗，提升了无人机的总体性能。
[0004] 本发明的基本原理为：当设备舱需要散热时，将设备舱内的热量与发动机散热器 产生的热量同时排出机体；当设备舱需要加热时，将发动机散热器产生的热量导入设备舱， 对设备舱进行加热。
[0005] 本发明一种可利用发动机热量的无人机设备舱温度控制系统由以下设备组成：发 动机散热器、设备舱、二级热交换舱、气体过滤网、温度传感器、温度控制模块和导气风扇， 它们之间的位置连接关系是：温度传感器置于设备舱内，导气风扇与气体过滤网设置在设 备舱两侧，温度控制模块在设备舱内通过线缆与温度传感器和导气风扇连接；二级热交换 舱位于气体过滤网旁并与发动机散热器相连通。
[0006] 该发动机散热器是发动机的散热部件，将发动机产生的热量通过热交换发散到外 界空气中，为发动机降温。本发明将发动机散热器与二级热交换舱相连通，当设备舱需要 进行加热时，发动机散热器通过二级热交换舱为设备舱提供热量。当设备舱不需要进行加 热时，发动机散热器产生的热量与设备舱散热产生的热量通过二级热交换舱混合后排出舱 外。
[0007] 该设备舱是一个双层的舱体结构，内部设计有设备支架，用于安装电子设备。设备 舱一端通过导气风扇和气体过滤网与大气相连通，另一端通过导气风扇和气体过滤网与二 级热交换舱相连通。电子设备在设备舱内与空气进行热量交换，完成对电子设备的加热或 者散热。
[0008] 该二级热交换舱是一个不规则的舱体结构，分别与发动机散热器、以及外界大气 相连通，并通过气体过滤网和导气风扇与设备舱相连通。在设备舱散热过程中设备舱排出 的热空气与发动机散热器排出的热空气在二级热交换舱进行混合，并排出舱外；在设备舱 加热过程中，发动机散热器排出的高温空气分为两部分，一部分经二级热交换舱、气体过滤 网和导气风扇进入设备舱，对设备进行加热，另一部分热空气直接排出舱外。
[0009] 该气体过滤网是方形的网状结构，分别安装在设备舱的两端导气风扇的外侧。一 个气体过滤网用于在舱外气体进入设备舱以前对气体进行过滤，另一个用于将发动机散热 器排出的热空气在进入设备舱前进行过滤，两个气体过滤网均用于保护设备舱内的电子设 备。
[0010] 该温度传感器由温度敏感元件组成，根据设备的布置情况和热功率情况合理布置 在设备内，两个温度传感器都与温度控制模块通过线缆连接。温度传感器用于采集备舱内 的温度信息，并传输给温度控制模块。采用两个温度传感器可以提高温度采集的可信度，并 保证一个传感器发生故障时，仍然可以有效采集舱内的温度信息。
[0011] 该温度控制模块由外部的壳体结构和内部的控制器电路板组成，通过线缆分别与 两个温度传感器以及两个导气风扇连接，可以处理温度传感器采集的温度信息，并根据温 度情况控制导气风扇的运行。
[0012] 该导气风扇采用圆形结构，可以正、反双向旋转，分别位于两个气体过滤网与设备 舱之间，在温度控制模块的控制下调整气流方向和流量，引导气流流入、流出设备舱。
[0013] 本发明的优点是：
[0014] 在设备舱内的温度超过规定值时，利用发动机散热器产生的热量对设备舱内的电 子设备进行加热，不需要独立的加热装置，从而减少了设备舱进行加热时对机载能源的消 耗，减轻了无人机能源系统的负担，提升了总体性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1设备舱温度控制系统散热模式示意图；
[0016] 图2设备舱温度控制系统加热模式示意图。
[0017] 图中带箭头的虚线表示气流路径，箭头方向表示气流方向；
[0018] 图中具体标号的含义如下：
[0019] ①1号气体过滤网；②1号导气风扇；③设备舱；④2号导气风扇；⑤2号气体过 滤网；⑥二级热交换舱；⑦?⑧温度传感器；⑨温度控制模块；⑩发动机散热器。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合附图对本发明做进一步的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意 方式说明本发明的基本结构。
[0021] 如图1、图2所示，在设备舱③内合适的位置布置好温度传感器⑦、⑧，并将温度传 感器⑦、⑧通过线缆与温度控制模块⑨连接，在设备舱③的两端安装1、2号导气风扇②和 ④ ，并将两个导气风扇②和④通过线缆与温度控制模块⑨相连，在1号导气风扇②的外侧 安装1号气体过滤网①，在2号导气风扇④的外侧安装2号气体过滤网⑤，2号气体过滤网 ⑤ 直接与二级热交换舱⑥相连接，二级热交换舱⑥与发动机散热器⑩连接。
[0022] 设备舱温度控制系统共有两种工作模式，分别为散热模式和加热模式，其控制原 理如下：
[0023] 1、散热模式
[0024] 如图1，温度控制模块⑨通过两个温度传感器⑦、⑧采集设备舱③内的温度信息， 当设备舱③内的温度高于规定温度时，温度控制模块⑨根据温度情况控制两个导气风扇 ② 、④正向旋转。通过1号气体过滤网①和1号导气风扇②将舱外空气引入设备舱③，在设 备舱③内充分与机内设备进行热量交换。经过热交换后的热空气，经过2号导气风扇④和 2号气体过滤网⑤进入二级热交换舱⑥，与发动机散热器⑩排出的高温气体混合后排出舱 外。
[0025] 2、加热模式
[0026] 如图2,温度控制模块⑨通过两个温度传感器⑦、⑧采集设备舱③内的温度信息。 当设备舱③内的温度低于规定温度时，温度控制模块⑨控制两个导气风扇②、④反向旋转。 通过2号气体过滤网⑤和2号导气风扇④将二级热交换舱⑥内的部分热空气导入设备舱 ③ ，进入设备舱③的热空气对舱内电子设备进行加热，经过热交换后的空气经过1号导气 风扇②和1号气体过滤网②流出设备舱③。由于发动机散热器⑩排出的高温热空气量很 大，仅有一部分用于设备舱③加热，没有进入设备舱③的热空气直接通过二级热交换舱⑥ 排出舱外。
[0027] 本发明使用同一套设备舱温度控制系统完成对设备舱③的散热和加热，使设备舱 温度控制系统在设计上简单易实现。而且在设备舱③进行加热时，直接利用发动机散热器 ⑩排出的热空气，不需要单独的热量产生装置，大大减少了设备舱温度控制系统对机载能 源的消耗，对提升无人机的总体性能有一定的意义。
【权利要求】
1. 一种可利用发动机热量的无人机设备舱温度控制系统，其特征在于：它由发动机散 热器、设备舱、二级热交换舱、气体过滤网、温度传感器、温度控制模块和导气风扇组成，温 度传感器置于设备舱内，导气风扇与气体过滤网设置在设备舱两侧，温度控制模块在设备 舱内通过线缆与温度传感器和导气风扇连接，二级热交换舱位于气体过滤网旁并与发动机 散热器相连通； 该发动机散热器是发动机的散热部件，将发动机产生的热量通过热交换散发到外界空 气中，为发动机降温，发动机散热器与二级热交换舱相连通，当设备舱需要进行加热时，发 动机散热器通过二级热交换舱为设备舱提供热量；当设备舱不需要进行加热时，发动机散 热器产生的热量与设备舱散热产生的热量通过二级热交换舱混合后排出舱外； 该设备舱是一个双层的舱体结构，内部设计有设备支架，用于安装电子设备；设备舱一 端通过导气风扇和气体过滤网与大气相连通，另一端通过导气风扇和气体过滤网与二级热 交换舱相连通；电子设备在设备舱内与空气进行热量交换，完成对电子设备的加热或者散 执. 该二级热交换舱是一个不规则的舱体结构，分别与发动机散热器以及外界大气相连 通，并通过气体过滤网和导气风扇与设备舱相连通；在设备舱散热过程中设备舱排出的热 空气与发动机散热器排出的热空气在二级热交换舱进行混合，并排出舱外；在设备舱加热 过程中，发动机散热器排出的高温空气分为两部分，一部分经二级热交换舱、气体过滤网和 导气风扇进入设备舱，对设备进行加热，另一部分热空气直接排出舱外； 该气体过滤网是方形的网状结构，分别安装在设备舱的两端导气风扇的外侧；一个气 体过滤网用于在舱外气体进入设备舱以前对气体进行过滤，另一个用于将发动机散热器排 出的热空气在进入设备舱前进行过滤，两个气体过滤网均用于保护设备舱内的电子设备； 该温度传感器由温度敏感元件组成，根据设备的布置情况和热功率情况合理布置在设 备内，两个温度传感器都与温度控制模块通过线缆连接；温度传感器用于采集备舱内的温 度信息，并传输给温度控制模块；采用两个温度传感器能提高温度采集的可信度，并保证一 个传感器发生故障时，仍然能有效采集舱内的温度信息； 该温度控制模块由外部的壳体结构和内部的控制器电路板组成，通过线缆分别与两个 温度传感器以及两个导气风扇连接，能处理温度传感器采集的温度信息，并根据温度情况 控制导气风扇的运行； 该导气风扇采用圆形结构，能正、反双向旋转，分别位于两个气体过滤网与设备舱之 间，在温度控制模块的控制下调整气流方向和流量，引导气流流入、流出设备舱。
【文档编号】G05D23/20GK104102248SQ201410312357
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月2日 优先权日:2014年7月2日
【发明者】周尧明, 蒙志君, 何维, 陈旭智, 平学寿 申请人:北京航空航天大学