一种提升无人直升机可靠性和维护性的供电系统

技术领域

本发明涉及无人直升机的供电系统，特别是涉及一种提升无人直升机可靠性和维护性的 供电系统，属于无人直升机供电技术领域。

背景技术

无人直升机在整个运行过程中对电能的消耗是很大的，而且无人直升机存在多种运行状 态，所以单一的电源无法满足无人直升机的供电需求，需要采用多电源供电。以某型无人直 升机为例，其存在着地面调试、地面起动、空中飞行、发动机空中重新起动等多种工作状态， 为了满足多种工作状态的供电需求，并保证供电系统的可靠性和可维护性，需要对供电系统 进行合理的设计。

无人直升机需要大量的地面调试，特别是在无人直升机的研制过程中，地面调试的时间 更长，耗费的电能很大，所以需要采用地面电源进行供电。在地面起动过程中，起动机耗费 的电能也较大，同样需要采用地面电源进行起动。无人直升机在飞行过程中，需要机载的发 电机为航电设备提供持续的电能供应。一旦发动机空中停车，需要机载蓄电池为机载设备提 供处理紧急情况所必须的电能，同时还要进行发动机的重新起动。所以在该型直升机的供电 系统中集成了地面电源、机载蓄电池和机载发电机三种电源。多种电源的存在给无人直升机 的供电系统设计带来了困难。首先是在无人直升机连接电源线的过程中，地面电源与机载电 源存在带电插拔的问题；其次是起动机与地面电源转接插座是直接相连的，而地面电源插座 是直接接入无人直升机电网的，这就使地面电源插座在整个飞行过程中处于带电状态，进而 使飞行安全存在隐患，影响无人直升机的可靠性；最后机载蓄电池充电时需要将其从机体内 拆卸下来，在地面完成，由于无人直升机的机体结构大多采用封闭式结构，使机载蓄电池的 拆卸变得十分不便，降低了无人直升机的可维护性和使用效率。

发明内容

本发明的目的是针对无人直升机供电系统中存在带电插拔、地面电源插座带电以及机载 蓄电池的便捷充电等问题，设计一种安全可靠并便于维护的供电系统，提升无人直升机的可 靠性以及可维护性。

本发明一种提升无人直升机可靠性和维护性的供电系统，该供电系统包括：配电盒、电 源汇流条正和电源汇流条负、机载蓄电池插座、地面电源插座、发电机插座、控制电路板、 地面电源与机载蓄电池单刀单掷控制开关、机载蓄电池、地面电源、发电机、机载蓄电池线 缆及插头、发电机线缆及插头、地面电源线缆及插头、发电机线缆及插头、地面电源转接线 缆及插座和插头、机载蓄电池继电器1、2、地面电源继电器和起动机。它们之间的位置连 接关系是：配电盒安装在无人直升机设备舱内的设备支架上。机载蓄电池插座、地面电源插 座和发电机插座安装在配电盒的后面板上。机载蓄电池插座通过机载蓄电池线缆及插头与机 载蓄电池连接。机载蓄电池安装在无人直升机后机舱内，固定在机载蓄电池支架上。地面电 源插座通过地面电源线缆及插头与地面电源转接线缆及插座和插头相连接。地面电源转接线 缆及插座和插头通过地面电源线缆及插头与地面电源相连接。起动机通过线缆与地面电源转 接线缆及插座和插头相连接。地面电源继电器安装在地面电源插座正极与地面电源线缆正极 之间。发电机线缆及插头与发电机相连接。发电机安装在无人直升机发动的机壳上。地面电 源与机载蓄电池单刀单掷控制开关安装在配电盒的前面板上。在配电盒内部安装有电源汇流 条正和电源汇流条负、控制电路板以及机载蓄电池继电器1、2。机载蓄电池插座正极分别 通过导线连接在机载蓄电池继电器1、2输出端的一端，机载蓄电池继电器1、2输出端的另 一端分别通过导线与电源汇流条正连接。机载蓄电池插座负极通过导线与电源汇流条负连 接。地面电源插座的正极通过导线与电源汇流条正连接，地面电源插座的负极通过导线与电 源汇流条负连接。发电机插座只有正极，发电机插座的正极通过导线与电源汇流条正连接。 控制电路板通过导线与地面电源继电器的控制端连接。地面电源单刀单掷控制开关通过导线 与地面电源继电器的控制端连接。机载蓄电池单刀单掷控制开关通过导线分别的与机载蓄电 池继电器1、2的控制端连接。

所述配电盒：是无人直升机供电系统的核心装置，安装在无人直升机设备内的设备支架 上，通过供电线缆与无人直升机的多种电源相连接，并通过配电线缆与无人直升机的其他用 电设备连接。通过供电线缆将多种电源的电能引入配电盒内部的电源汇流条上，然后通过配 电线缆将电源汇流条上的电能配送到各个供电设备。配电盒的后面板上布置有机载蓄电池插 座、地面电源插座和发电机插座和地面电源与机载蓄电池单刀单掷控制开关，在配电盒内部 安装有电源汇流条正和电源汇流条负和机载蓄电池继电器1、2。

所述电源汇流条正和电源汇流条负：电源汇流条采用导电效果很好的纯铜加工而成，安 装在配电盒的内部，分别为电源汇流条正和电源汇流条负。电源汇流条的功能是将多种电源 连接在一起，并为各个供电设备提供公用的配电结点。

所述机载蓄电池插座：采用标准航空插座，安装在配电盒的后面板上，是机载蓄电池接 入电网的接口。

所述地面电源插座：采用标准航空插座，安装在配电盒的后面板上，是地面电源接入电 网的接口。

所述发电机插座：采用标准航空插座，安装在配电盒的后面板上，是发电机接入电网的 接口。

所述控制电路板：安装在配电盒内部，是地面电源继电器的控制电路板，通过导线与地 面电源继电器连接，控制地面电源继电器与电网的连接。

所述地面电源与机载蓄电池单刀单掷控制开关：均采用标准航空开关，安装在配电盒的 前面板上，分别为机载蓄电池单刀单掷控制开关和地面电源单刀单掷控制开关。机载蓄电池 单刀单掷控制开关通过导线与机载蓄电池控制继电器1、2相连接，控制两个机载蓄电池继 电器1、2的闭合和断开。地面电源单刀单掷控制开关通过导线与地面电源继电器连接，控 制地面电源继电器的闭合和断开。

所述机载电蓄电池继电器1、2，安装在配电盒内部，位于机载蓄电池插座正极与电源 汇流条正之间，受机载蓄电池开关的控制，控制机载蓄电池与电网的连接；

所述地面电源继电器，安装在地面电源转接插座的正极与地面电源转接线缆的正极之 间，受到地面电源单刀单掷控制开关与控制电路板的并联控制，控制地面电源与电网的连接；

所述机载蓄电池安装在无人直升机蒙皮内部的蓄电池支架上，通过机载蓄电池线缆及插 头与配电盒相连接。机载蓄电池的功能是在无人直升机的机载发电机发生故障时为直升机系 统供电，并当无人直升机的发动机发生空中停车时为起动机提供电能以进行发动机的空中重 新起动。

所述地面电源：地面电源采用大容量的航空地面电源，可以通过地面电源线缆及插头与 地面电源转接线缆及插座和插头相连接。地面电源主要有以下功能，当无人直升机在进行地 面调试时为无人直升机系统供电，在无人直升机地面起动时为起动机供电，为机载蓄电池充 电。

所述发电机：发电机为无人直升机动力系统的附属设备，由无人直升机的发动机带动产 生电能。发电机的功能是在发动机正常工作的情况下为无人直升机系统供电。

所述机载蓄电池线缆及插头：采用航空线缆及电连接器，用于连接机载蓄电池与配电盒。

所述地面电源线缆及插头：采用航空线缆及电连接器，用于连接地面电源与地面电源转 接线缆及插座和插头。

所述发电机线缆及插头：采用航空线缆及电连接器，用于连接发电机与配电盒。

所述地面电源转接线缆及插头和插座：采用航空线缆及电连接器，用于转接地面电源到 配电盒上，同时可以将起动机接入电网。

所述起动机：是发动机的起动装置，用于在发动机起动时带动发动机工作。

地面电源单刀单掷控制开关、控制电路板对地面电源继电器的控制关系需要进一步进行 说明：地面电源单刀单掷控制开关或控制电路板任一个控制其闭合时，地面电源继电器闭合； 地面电源单刀单掷控制开关和控制电路板同时控制其断开时，地面电源继电器方可断开。地 面电源单刀单掷控制开关、控制电路板、地面电源继电器的控制关系可以表示为表1。

表1地面电源继电器控制表

本发明的优点是：

第一，在进行机载电源或地面电源的接入时，首先将机载电源和地面电源分别通过继 电器与电网隔离，防止带电插拔现象的发生；

第二，在进行空中正常飞行时，通过地面电源继电器将地面电源转接插座以及起动机 与电网隔离，防止在飞行过程中由于地面电源转接插座带电而给飞行安全形成隐 患；

第三，在对机载蓄电池进行充电时，可不用拆除机载蓄电池，而是通过控制继电器直 接将机载蓄电池接入电网进行充电，提高了维护的效率。

附图说明

图1某无人直升机的供电系统原理图；

粗箭头线表示供电导线，细箭头线表示控制线。

图中具体标号含义如下：

001配电盒；002电源汇流条正；003电源汇流条负；004控制电路板；005机载蓄电池 单刀单掷控制开关；006地面电源单刀单掷控制开关；007机载蓄电池继电器1；008机载蓄 电池继电器2；009机载蓄电池插座；010地面电源插座；011发电机插座；012机载蓄电池； 013机载蓄电池线缆；014机载蓄电池插头；015地面电源；016地面电源线缆；017地面电 源插头；018地面电源转接插座；019地面电源转接线缆；020地面电源继电器；021地面电 源插头；022发电机；023发电机线缆；024发电机插头；025起动机。

具体实施方式

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。

见图1，配电盒001安装在无人直升机的设备舱内，电源汇流条正002、电源汇流条负 003、控制电路板004、机载蓄电池继电器1(007)、机载蓄电池继电器2(008)安装在配 电盒001内部。机载电源单刀单掷控制开关005、地面电源单刀单掷控制开关006安装在配 电盒的前面板上，便于操纵人员进行控制。机载电源插座009、地面电源插座010以及发电 机插座011安装在配电盒001的后面板上，便于与相应的电源插头进行连接。

机载蓄电池012通过机载蓄电池线缆013和机载蓄电池插头014与配电盒001的机载蓄 电池插座009连接。机载蓄电池插座009的正极分别通过机载蓄电池继电器1(007)和机 载蓄电池继电器2(008)与配电盒001内的电源汇流条正002连接。机载蓄电池插座009 的负极直接与配电盒001内的电源汇流条负003相连接。机载蓄电池继电器1(007)和机 载蓄电池继电器2(008)是并联的，由配电盒001上的机载蓄电池单刀单掷开关005控制。

地面电源015通过地面电源线缆016和地面电源插头017与地面电源转接插座018连接。 地面电源转接插座018直接与无人直升机的起动机025连接。除与无人直升机的起动机025 连接外，地面电源转接插座018还通过地面电源转接线缆019以及地面电源插头021与配电 盒001的地面电源插座010相连接。在地面电源转接插座018的正极与地面电源转接线缆 019的正极线缆之间设置地面电源继电器020，地面电源继电器020的控制端分别与配电盒 001内的控制电路板004、配电盒001前面板上的地面电源单刀单掷控制开关006相连接， 受到控制电路板004与地面电源单刀单掷控制开关006的并联控制。地面电源插座010的正 极与配电盒001内的电源汇流条正002连接，负极与配电盒001内部的电源汇流条负003连 接。

无人直升机的发电机022通过发电机线缆023以及发电机插头024与配电盒001上的发 电机插座011相连接，发电机的输出只有正极，所以机载发电机线缆023，发电机线缆插头 024以及配电盒001上的发电机插座011都只有正极，机载发电机插座011通过导线直接与 配电盒001内的电源汇流条正002连接。

无人直升机的供电模式包括地面调试模式、正常飞行模式、发动机空中重起动模式以及 机载蓄电池充电模式等四种工作模式，每种供电模式的工况介绍如下：

1、无人直升机地面调试的实施

无人直升机在进行地面调试时，采用地面电源015供电。具体操作方法是首先将地面电 源插头021与配电盒001上的地面电源插座010接通，然后将地面电源插头017与地面电源 转接插座018接合，检查无误后，手动接合地面电源单刀单掷控制开关006，地面电源单刀 单掷控制开关006控制地面电源继电器020闭合，此时地面电源015被接入无人直升机的配 电网络，开始为机载设备供电，此时可以进行地面调试。

2、无人直升机的正常飞行实施

无人直升机在需要进行飞行时，首先接通地面电源015进行飞行前准备工作，地面电源 015的接入方法与无人直升机地面调试的地面电源接入方法相同。在飞行前准备工作完成后， 需要将机载蓄电池012接入电网。机载蓄电池012的接入方法是，将机载蓄电池插头014与 配电盒001上的机载蓄电池插座009相连接，由于此时机载蓄电池继电器1(007)与机载 蓄电池继电器2(008)均处于断开状态，所以机载蓄电池插座009的正极没有接入电网， 是不带电的，这样就克服了带电插拔的问题。在将机载蓄电池012与机载蓄电池插座009接 通后，闭合机载蓄电池单刀单掷控制开关005，控制机载蓄电池继电器1(007)与机载蓄电 池继电器2(008)闭合，这时机载蓄电池012的正极与电源汇流条正极002联通，机载蓄 电池012接入无人直升机的供电网络。断开地面电源单刀单掷控制开关006，地面电源单刀 单掷控制开关006控制地面电源继电器020断开，地面电源继电器020断开地面电源转接插 座018正极与地面电源插头021正极的连接，地面电源015与无人直升机电网隔离，单独为 起动机025供电。通过起动机025起动直升机发动机，直升机发动机起动后，将地面电源插 头017与地面电源转接插座018分离，由于此时地面电源转接插座018的正极是断开的所以 地面电源转接插座018是不带电的，因此克服了地面电源插头的带电插拔问题。同时在整个 飞行过程中地面电源转接插座018都处于不带电状态，解决了飞行过程中由于地面电源转接 插座018带电而产生的安全隐患。在发动机正常工作以后，由发电机022为无人直升机系统 供电，同时机载蓄电池012依然与供电系统保持连接状态，以便在发电机故障时为无人机系 统进行供电；或者在发动机意外情况停车时为空中重新起动提供电能。

3、无人直升机发动机空中重新起动的实施

当无人直升机发生发动机空中停车时，控制电路板004向地面电源继电器020发送“闭 合”的指令，地面电源继电器020在接收指令后闭合，将起动机025接入电网。在完成空中 重新起动后，控制电路板004再次向地面电源继电器020发出“断开”的指令，地面电源继 电器020接收指令后断开，起动机025与无人直升机电网隔离，同时地面电源转接插座018 不再带电。

4、无人直升机地面充电的实施

无人直升机在进行地面充电时，不需要拆除机载蓄电池012，而是利用地面电源015， 通过无人直升机电网给机载蓄电池012进行充电。首先接通地面电源插头017与地面电源转 接插座018，然后接通机载蓄电池插头014与机载蓄电池插座009。然后闭合地面电源单刀 单掷控制开关006，地面电源单刀单掷控制开关006控制地面电源继电器3(020)闭合，将 地面电源015接入电网。在地面电源015接入电网后，闭合机载蓄电池单刀单掷控制开关 005，机载蓄电池单刀单掷控制开关005控制记载蓄电池继电器1(007)和机载蓄电池继电 器2(008)闭合，将机载蓄电池012接入电网。由于地面电源015电压高于机载蓄电池012 电压，地面电源015开始为机载蓄电池012充电。

本发明通过在供电系统中布置继电器，并合理制定上电的策略，有效的克服了原无人直 升机供电系统中存在的带电插拔问题；在满足了无人直升机控制重新起动要求的前提下实现 了飞行过程中地面电源转接插座与电网的隔离，消除了在飞行过程中由于地面电源插座带电 而给飞行安全形成隐患；另外在对机载蓄电池进行充电时，可不用拆除机载蓄电池，而是通 过控制继电器直接将机载蓄电池接入电网进行充电，提高了维护的效率。本发明对提升无人 机系统特别是供电系统的可靠性和可维护性有一定的意义。