【技術實現步驟摘要】
本技術涉及飛行器，更具體地講，涉及一種氫能驅動的長航時無人飛行器。
技術介紹
1、臨近空間飛行器由于具有強的機動性、隱蔽性，搭配適宜的動力組合，可實現超長時間續航和大載荷，因而在通訊、信息對抗、空間攻防、天氣環境監測等領域中占據重要地位。因此，能夠長航時飛行的無人飛行器平臺，可以用于搭載遠程通訊、天氣環境監測等多種應用臨近空間應用設備，有廣闊的市場前景。
2、長航時飛行器的開發面臨的主要問題包括，作為臨近空間飛行器的“心臟”，在太陽能電池單一動力源條件下，全天候穩定飛行需要超過400wh/kg的，這遠遠超出了當前太陽能電池材料的儲能密度極限。氫能系統能量密度高，能夠解決無人飛行器能源系統比能量低的問題，將氫能與太陽能組合可進一步延長無人飛行器航時。進一步地，通過優化飛行器艙體結構和儲氫系統的優化設計，能夠增加機載氫燃料量，進一步延長無人飛行器航時。
3、臨近空間為高度10km-100km的空域，空氣稀薄、氣溫低，環境條件差，這是鏈接空間飛行器面臨的另一個問題；滿足長航時飛行的關鍵是將足夠量的氫、氧隨無人飛行器帶上臨近空間。
4、目前有多種大容量儲氫方式，例如固態氫化物儲存、液氫罐儲存、氣態高壓儲存等多種方式。但現有技術儲存的氫量也有限，維持不了氫能無人飛行器的長航時飛行。
技術實現思路
1、本技術所要解決的技術問題是，提供一種氫能驅動的長航時無人飛行器；
2、本技術解決技術問題所采用的解決方案是：
3、一種氫能驅動的長航時
4、在一些可能的實施方式中，
5、所述氫能供能系統包括氫燃料電池系統、與氫燃料電池系統連接且為氫燃料電池系統提供氫氣的供氫系統，所述供氫系統與飛行艙連接。
6、在一些可能的實施方式中，
7、所述供氫系統包括與飛行艙連接的自動控閥、與自動控閥連接的轉移泵、與轉移泵和氫燃料電池系統分別連接的自控閥、設置在自動控閥與轉移泵的連接管道上的氫氣壓力傳感器、與轉移泵并聯的減壓閥、以及分別與氫氣壓力傳感器、轉移泵、減壓閥、自控閥連接的氫氣控制模塊。
8、在一些可能的實施方式中，
9、所述轉移泵的最低入口壓力小于10kpa，出口壓力大于0.5mpa，氣體泄漏率<1×10-7pa.m3.s-1。
10、在一些可能的實施方式中，
11、所述設備艙壓力調控系統包括充氫罐、設置在該設備艙外側的第一壓力傳感器、設置在設備艙內的第二壓力傳感器、分別與充氫罐連通的第三放氫電磁閥和第四充氫電磁閥、以及分別與第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、第三放氫電磁閥和第四充氫電磁閥連接的控制模塊；
12、所述第三放氫電磁閥的放氣口與設備艙外側連通；所述第四充氫電磁閥位于設備艙內且與設備艙內部連通。
13、在一些可能的實施方式中，
14、所述設備艙、飛行艙均采用碳纖維材料制成；
15、所述設備艙包括薄壁殼體、安裝在薄壁殼體外側且與機翼連接的設備艙連接板、設置在薄壁殼體內且與薄壁殼體連接形成安裝腔的安裝支架、與薄壁殼體遠離安裝腔一側連接且與殼體配合形成密封腔室的蓋板；
16、所述安裝支架位于密封腔室內且與殼體之間密封連接。
17、在一些可能的實施方式中，
18、所述飛行艙的容積為5m3-30m3，其工作壓力5mpa-30mpa，氣體泄漏率<1×10-7pa.m3.s-1；
19、所述飛行艙的外壓承受能力為δp，δp＝p外壓-p內壓>0.15mpa；
20、其中，p外壓為飛行艙的外側的壓力，p內壓為飛行艙的內側的壓力。
21、在一些可能的實施方式中，
22、在所述飛行艙的外側設置有用于連接機翼的機翼連接板、滑行輪組件連接板、旋翼推進器連接板、以及與供氫系統連接的氣體導管。
23、在一些可能的實施方式中，
24、所述制氧系統包括與氫燃料電池系統連接且用于對氫燃料電池系統進行氧氣供給的氧氣分離組件、與氧氣分離組件連接的加熱組件、與加熱組件連接的氣體泵、設置在氧氣分離組件與氫燃料電池系統之間的氧氣濃度檢測傳感器、以及與氧氣分離組件、氧氣濃度檢測傳感器連接的制氧控制模塊。
25、在一些可能的實施方式中，
26、所述氧氣分離組件為分子篩氧分離裝置；
27、所述分子篩氧分離裝置包括至少兩組并聯且分別與氣體泵連接的分子篩氧分離件；所述分子篩氧分離件的另外一端與氫燃料電池系統的氧氣入口連通。
28、與現有技術相比，本技術的有益效果：
29、本技術將無人飛行器的飛行艙作為一個儲氫壓力容器，將飛行器的其他系統全都圍繞儲氫壓力容器布設；與現有技術中的70mpa高壓儲氫罐方式比較，儲存氫量更大，能夠滿足無人飛行器長航時飛行對氫燃料的需求；同時，當飛行艙內的高壓氫消耗后返回地面過程中，儲氫容器在空氣中會提供額外的浮力，有助于無人飛行器的平穩降落；
30、本技術使得能夠在臨近空間低溫、低氣壓下環境條件進行制氧，解決了臨近空間溫度低、大氣壓力低，可能導致氫燃料電池能量輸出不穩定問題；
31、本技術中飛行艙、設備艙采用高強度碳纖維制造；由于碳纖維強度、彈性模高、重量輕，用該材料制造的飛行艙或設備艙強度高、殼體剛性好，重量輕；通過輕量化設計，提高了飛行器的有限載荷；
32、本技術通過在裝載有飛行機載系統的設備艙內，安裝設備艙壓力自動調控系統，實現了對該設備艙氣體壓力的調控，確保了設備艙氣體壓力高于外部環境大氣壓力，且壓力差在允許的設計范圍之內，以維持設備艙的剛性；采用上述設置通過密封結構減小了設備艙內、外氣體的熱量交換，有利于飛行機載系統的保溫作用，提升了飛行機載系統在臨近空間的低溫環境適應性；
33、本技術與無人飛行器投送系統組合使用，能夠快速、機動地將本無人飛行器投送到臨近空間，再自主飛行。
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1.一種氫能驅動的長航時無人飛行器，其特征在于，包括機翼、設置在機翼底部且沿航向對稱設置的兩組設備艙、位于兩組設備艙之間且作為儲氫壓力容器的飛行艙、設置在其中一組設備艙內且與飛行艙連接的氫能供能系統和與氫能供能系統連接的制氧系統、以及設置在另外一組設備艙內的飛行機載系統和設備艙壓力調控系統。
2.根據權利要求1所述的一種氫能驅動的長航時無人飛行器，其特征在于，所述氫能供能系統包括氫燃料電池系統、與氫燃料電池系統連接且為氫燃料電池系統提供氫氣的供氫系統，所述供氫系統與飛行艙連接。
3.根據權利要求2所述的一種氫能驅動的長航時無人飛行器，其特征在于，所述供氫系統包括與飛行艙連接的自動控閥、與自動控閥連接的轉移泵、與氣體轉移泵和氫燃料電池系統分別連接的自控閥、設置在自動控閥與氣體轉移泵的連接管道上的氫氣壓力傳感器、與氣體轉移泵并聯的減壓閥、以及分別與氫氣壓力傳感器、氣體轉移泵、減壓閥、自控閥連接的氫氣控制模塊。
4.根據權利要求3所述的一種氫能驅動的長航時無人飛行器，其特征在于，所述轉移泵的最低入口壓力小于10kPa，出口壓力大于0.5MPa，氣體泄
5.根據權利要求1所述的一種氫能驅動的長航時無人飛行器，其特征在于，所述設備艙壓力調控系統包括充氫罐、設置在該設備艙外側的第一壓力傳感器、設置在設備艙內的第二壓力傳感器、分別與充氫罐連通的第三放氫電磁閥和第四充氫電磁閥、以及分別與第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、第三放氫電磁閥和第四充氫電磁閥連接的控制模塊；
6.根據權利要求1所述的一種氫能驅動的長航時無人飛行器，其特征在于，兩組所述設備艙結構相同；
7.根據權利要求1所述的一種氫能驅動的長航時無人飛行器，其特征在于，所述飛行艙的容積為5m3-30m3，其工作壓力5MPa-30MPa，氣體泄漏率<1×10-7Pa.m3.s-1；
8.根據權利要求1所述的一種氫能驅動的長航時無人飛行器，其特征在于，在所述飛行艙的外側設置有用于連接機翼的機翼連接板、滑行輪組件連接板、旋翼推進器連接板、以及與供氫系統連接的氣體導管。
9.根據權利要求2所述的一種氫能驅動的長航時無人飛行器，其特征在于，所述制氧系統包括與氫燃料電池系統連接且用于對氫燃料電池系統進行氧氣供給的氧氣分離組件、與氧氣分離組件連接的加熱組件、與加熱組件連接的氣體泵、設置在氧氣分離組件與氫燃料電池系統之間的氧氣濃度檢測傳感器、以及與氧氣分離組件、氧氣濃度檢測傳感器連接的制氧控制模塊。
10.根據權利要求9所述的一種氫能驅動的長航時無人飛行器，其特征在于，所述氧氣分離組件為分子篩氧分離裝置；
...【技術特征摘要】
1.一種氫能驅動的長航時無人飛行器，其特征在于，包括機翼、設置在機翼底部且沿航向對稱設置的兩組設備艙、位于兩組設備艙之間且作為儲氫壓力容器的飛行艙、設置在其中一組設備艙內且與飛行艙連接的氫能供能系統和與氫能供能系統連接的制氧系統、以及設置在另外一組設備艙內的飛行機載系統和設備艙壓力調控系統。
2.根據權利要求1所述的一種氫能驅動的長航時無人飛行器，其特征在于，所述氫能供能系統包括氫燃料電池系統、與氫燃料電池系統連接且為氫燃料電池系統提供氫氣的供氫系統，所述供氫系統與飛行艙連接。
3.根據權利要求2所述的一種氫能驅動的長航時無人飛行器，其特征在于，所述供氫系統包括與飛行艙連接的自動控閥、與自動控閥連接的轉移泵、與氣體轉移泵和氫燃料電池系統分別連接的自控閥、設置在自動控閥與氣體轉移泵的連接管道上的氫氣壓力傳感器、與氣體轉移泵并聯的減壓閥、以及分別與氫氣壓力傳感器、氣體轉移泵、減壓閥、自控閥連接的氫氣控制模塊。
4.根據權利要求3所述的一種氫能驅動的長航時無人飛行器，其特征在于，所述轉移泵的最低入口壓力小于10kpa，出口壓力大于0.5mpa，氣體泄漏率<1×10-7pa.m3.s-1。
5.根據權利要求1所述的一種氫能驅動的長航時無人飛行器，其特征在于，所述設備艙壓力調控系統包括充氫罐、設置在該...
【專利技術屬性】
技術研發人員：羅德禮，劉彤，
申請(專利權)人：中物院成都科學技術發展中心，
類型：新型
國別省市：
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