[发明专利]临近空间无人机动力系统及混合动力方法

权利要求书

1.一种临近空间无人机动力系统，包括临近空间无人机混合动力子系统、临近空间无人机混合用电子系统、环境信息采集子系统，所述临近空间无人机混合动力子系统接收环境信息采集子系统发送的信息并向所述临近空间无人机混合用电子系统输出混合电能，其特征在于：所述临近空间无人机混合动力子系统包括混合动力装置，该混合动力装置包括太阳能发电模块和燃油发电模块，所述太阳能发电模块用于产生太阳能发电电能，所述燃油发电模块用于产生燃油发电电能；

所述临近空间无人机混合动力子系统包括燃油发电模块、太阳能发电模块，飞行控制系统、储能控制和电池模块；所述飞行控制系统分别控制燃油发电模块和太阳能发电模块，所述储能控制和电池模块分别控制和接收燃油储能和太阳能储能，并将接收的储能发送给所述临近空间无人机混合用电子系统；

所述太阳能发电模块包括太阳能光电薄膜、储能模块，太阳能光电薄膜产生单相电后，所述储能模块再将该单相电进行平衡充电和太阳能发电模块的蓄电池充电；

所述燃油发电模块包括燃油发动机、三相发电机、再启动模块、储能模块；所述燃油发动机驱动三相发电机，所述储能模块接收所述储能控制和电池模块的指令将所述三相发电机发出的三相电整流为单相电，并对单相电进行平衡充电和燃油发电模块的蓄电池充电；所述再启动模块接收所述飞行控制系统的指令实现所述燃油发动机的再启动；

所述储能控制和电池模块的电池充电来自所述燃油发电模块的蓄电池充电和所述太阳能发电模块的蓄电池充电，所述储能控制和电池模块将所述燃油发电模块的蓄电池和所述太阳能发电模块的蓄电池的单相电再次整流为三相电，并将整流后的三相电提供推进螺旋桨三相电机；

当临近空间无人机飞行高度低于4500米时，所述燃油发动机采用空气作为助燃剂，当所述临近空间无人机飞行高度大于4500米，低于11000米时，所述燃油发动机采用由空气增压器提供经压缩的空气为助燃剂；当所述临近空间无人机飞行高度高于11000米时，所述燃油发动机采用双氧水作为助燃剂；

所述临近空间无人机飞行高度达到20000米以上时，白天利用太阳能光电发电作为飞行动力，同时为所述太阳能发电模块的蓄电池提供充电电能；夜间动力来源包括已储存在所述太阳能发电模块的蓄电池内的太阳能发电电能和所述燃油发电模块，当所述太阳能发电电能耗至最低值时，所述燃油发动机自动开启，所产生的电能继续保持所述临近空间无人机在夜间的飞行；

可控动力跑车牵引所述临近空间无人机起飞；所述燃油发动机和电能实现所述临近空间无人机自主爬升，爬升率不小于2米/秒，3-4小时升到24,000米高度；所述燃油发动机能够工作120-150小时，所述太阳能发电模块白天飞行时供电功率为11000瓦-12700瓦，保持所述临近空间无人机220-250公里/小时平飞，并能够保存部分电能，因此所述临近空间无人机总留空时间能够长达15-20天。

2.根据权利要求1所述一种临近空间无人机动力系统，其特征在于：所述太阳能光电薄膜为在机翼上表面、水平尾翼上表面和垂直尾翼二侧表面覆盖砷化镓光电发电薄膜，利用太阳能发电，用作飞行动力。

3.根据权利要求1所述一种临近空间无人机动力系统，其特征在于：所述临近空间无人机混合用电子系统包括温控和加热用电模块、三相永磁电动机驱动推进螺旋桨用电模块、机载设备和飞控用电模块；所述混合用电子系统既使用单相电、也使用三相电，所述三相永磁电动机驱动推进螺旋桨用电模块为使用三相电，所述温控和加热用电模块以及机载设备和飞控用电模块为使用单相电。

4.根据权利要求1所述一种临近空间无人机动力系统，其特征在于：所述环境信息采集子系统包括飞行地面站指令模块、机载大气设备信息模块、飞行状况信息模块、机载计算机模块；所述飞行地面站指令模块、机载大气设备信息模块、飞行状况信息模块分别向机载计算机模块提供信息，机载计算机模块再将这些信息处理后反馈给所述临近空间无人机混合动力子系统。

5.一种用于如权利要求1-4任何一项所述临近空间无人机动力系统的混合动力方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、具有如权利要求1-4任何一项所述临近空间无人机动力系统的无人机飞行高度达到20000米以上且保持全日平飞；

步骤二、白天利用太阳能光电发电作为飞行动力，同时为机载蓄电池提供充电电能；

步骤三、夜间动力来源包括已储存在所述机载蓄电池内的太阳能发电电能和所述燃油发电模块，当所述太阳能发电电能耗至最低值时，所述燃油发电模块中所述燃油发动机自动开启，所产生电能继续保持所述临近空间无人机在夜间的飞行。