[发明专利]临近空间无人机动力系统及混合动力方法

说明书

本发明公开了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，其特点是：所述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装置和燃油发电装置；还公开了一种方法：当飞机飞行高度达到11000米以上时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，夜间主要动力来源于机载燃油发电系统。本发明最大限度利用太阳能发电和太阳能储能、最小限度地使用燃油发电，从而降低了燃料消耗，延长了飞机的留空时间，从而解决了临近空间的无人机的飞行动力、能源问题。

技术领域

本发明属于超高空无人机飞行器领域，尤其涉及一种临近空间无人机动力系统。

背景技术

离地球表面高度20公里到100公里的大气范围称为临近空间。临近空间飞行器是指在或能在近空间作长期、持续飞行的飞行器，与卫星相比，临近空间飞行器的优点是：效费比高、机动性好、易于更新和维护。此种飞行器距目标的距离一般只是低轨卫星的1/10～1/20，可收到卫星不能监听到的低功率传输信号，容易实现高分辨率对地观测。这样，临界空间无论于军事、于民用将具备巨大的利用价值。

临近空间有四个突出的特点：

空气非常稀薄，在大约24公里高空空气密度仅为地表密度的1/30。

临界空间温度非常低，从20公里处到25公里处温度只有-55℃—58℃左右，由于空气稀薄，因此任何导热都是异常低。

阳光充足，由于高而且空气稀薄，因此阳光直射的时间比地面长。

高幅射。

国内开展临近空间飞行器研究有十几年，已经可见的报道基本采用型号和途径十分相似于部分美国和英国所采用的轻结构方案：有正常布局双尾撑布局，也有飞翼方式，但至今没有可以过夜的飞行器，也没有实际可以在大于12000米高度飞行的例证。原因是仅仅采用大面积的太阳能光电发电提供能量，翼展达40-50米左右，翼面积约50-100平方米，重量仅200-500公斤（包括3-10公斤载荷）轻结构飞行器企图达到在临近空间保持全日平飞的可能性很小。

利用无人机飞行器在临近空间飞行保持全日平飞是可能的，但是很显然，临近空间的无人机的飞行动力、能源是极其重要的环节，解决临近空间的无人机的飞行动力、能源问题，目前国内还是个空白。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种临近空间无人机动力系统及混合动力方法，用以解决临近空间无人机保持大高度和全日平飞的动力、能源问题，填补国内空白。

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混合用电子系统输出混合电能，其特征在于：所述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装置和燃油发电装置，所述太阳能发电装置用于产生太阳能发电电能，所述燃油发电装置利用燃油发动机发电产生电能。

所述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动机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发动机发电储能和太阳能储能，并将接收的储能发送给所述临近空间无人机动力和电子系统。

所述燃油发动机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，所述储能模块接收储能控制和电池模块的指令将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蓄电池充电；所述再启动模块接收飞行控制系统的指令实现燃油发动机的再启动。

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蓄电池充电。