1.本发明涉及一种用于长航时无人机的供油系统。
背景技术：
2.长航时无人机一般认为是持续飞行时间在24小时以上的无人机。为实现持久续航，对该类无人机的供油系统有很高的要求。长航时无人机的燃油重量占到全机重量的大部分，以维持无人机的长久续航，因此其使用的油箱容量较大。为了有效利用燃油以实现长时间续航，油箱的残余油量要尽可能少。此外，长航时无人机飞行时间长，飞行过程中经常受到气流干扰，飞行状态变化大，并且发动机运转会导致机体震动，油路中容易产生气泡，若发动机吸入气泡，将会工作不稳定，甚至熄火，影响无人机的飞行安全。在长时间飞行过程中，无人机的耗油率会因气流干扰等因素而不断变化，因此并不能较为准确地估计燃油消耗情况，需要在其供油系统中加入油量监控装置，避免无人机因燃油耗尽而意外坠落。
3.同时，常规的无人机供油系统中油箱形状单一，具有不能完全利用机身内空间，残余油量大的问题，且油路简单，缺乏针对性的安全性设计，难以满足长航时无人机的特殊需求。因此需要为长航时无人机专门研究设计一套供油系统，以保障其不间断飞行。本发明针对长航时无人机对供油系统的需求，设计了一套供油系统，能够维持无人机的长久续航，供油安全性也能得到保障。
技术实现要素：
4.作为长航时无人机的供油系统，需要为发动机提供充足的燃油以维持长时间飞行。根据本发明的用于长航时无人机的供油系统的油箱的设计充分利用了无人机机身内部空间，提高了载油量，同时结合了无人机的飞行姿态对油箱的形状和油嘴进行了特殊设计，使得油箱内的绝大部分燃油都能排出，残余油量少。
5.本发明人进一步考虑到由于油箱的载油量大，如果仅使用单个油箱，在无人机姿态变化时，油箱中的燃油将会剧烈晃动，使得无人机的重心大幅变化，影响飞行的稳定性，因此，在根据本发明的方案中，把油箱分为两个，减缓了燃油的晃动。此外，考虑到发动机运转导致的机体震动、气流的干扰、飞行姿态的不断变化，以及单个油箱燃油耗尽的情况都容易导致油路中混入气泡，影响发动机的工作稳定性的问题，在根据本发明的一个实施例中进一步提供了一个防气泡油箱，排出供油系统中的气泡，提高无人机飞行安全性。进一步地，为掌握燃油的消耗情况，加入了油量监测系统，在根据本发明的一个实施例中进一步提供了燃油耗尽的报警机制，使地面控制人员能够进行应急处理。
附图说明
6.图1、图2和图3分别显示了根据本发明的一个实施例的供油系统的立体图、侧视图、俯视图。
7.图4显示了根据本发明的一个实施例的前主油箱的整体外形。
8.图5为根据本发明的一个实施例的前主油箱的正视图。
9.图6为根据本发明的一个实施例的前主油箱的侧视图。
10.图7所示的是根据本发明的一个实施例的防气泡油箱的整体外形。
11.图8为根据本发明的一个实施例的防气泡油箱的正视图。
12.图9、图10和图11用于显示根据本发明的一个实施例的防气泡油箱的工作状况。
13.图12、图13和图14用于显示根据本发明的一个实施例的供油系统的工作状况。
具体实施方式
14.1)系统组成与管路连接
15.根据本发明的一个实施例的用于长航时无人机的供油系统如图1、图2和图3所示，包括前主油箱(1)、后主油箱(2)和防气泡油箱(4)。该供油系统的侧视图如图2所示，防气泡油箱(4)的最高处低于前主油箱(1)及后主油箱(2)的最低处。前主油箱加油管(5)、前主油箱通气管(6)、后主油箱加油管(7)、后主油箱通气管(8)和防气泡油箱通气管(9)各有一端分别与前主油箱(1)、后主油箱(2)和防气泡油箱(4)相连接，且各自的另一端固定在无人机机身内。其中防气泡油箱通气管(9)不与防气泡油箱(4)连接的一端的位置要高过前主油箱(1)和后主油箱(2)。如图3所示，前出油管(12)和后出油管(10)将前主油箱(1)和后主油箱(2)与防气泡油箱(4)相连。从防气泡油箱(4)底部引出发动机供油管(3)向发动机供油。如图3所述，在前主油箱(1)最低处安装有油量传感器(13)，在防气泡油箱(4)的前表面安装有油量告警器(11)。整个供油系统都安装在无人机的机身内。
16.2)主油箱
17.前主油箱(1)和后主油箱(2)仅在长度上可能有所不同，此处以前主油箱(1)为例。前主油箱(1)的整体外形如图4所示。图5为根据本发明的一个实施例的前主油箱(1)的正视图，该前主油箱(1)的底面(19)为“v”形，被无人机机身内对应的“v”形结构支撑，侧面(18)贴合无人机机身内表面，顶部(17)向上延伸，直至被机身内部结构限位，从而充分利用了机身内部空间，提高了载油量。如图6所示，该前主油箱(1)的前表面(22)和后表面(20)均被机身内部结构限位；前主油箱(1)和后主油箱(2)被机身内部结构分隔开。根据本发明的实施例的采用两个主油箱的设计相当于将单个大油箱分隔为两段，减缓了燃油(21)晃动造成的无人机重心位置变化，提高了无人机飞行稳定性和安全性。
18.如图6所示，前主油箱(1)顶部设有加油口(14)和通气口(15)，出油口(16)位于其最低、最靠后的位置，呈朝后的“l”形，使与出油口(16)相连的前出油管(12)与前主油箱(1)底面相贴近，减小了占用的机身空间，因而前主油箱(1)高度可以设计得较大，提高了整体容积。由于前主油箱(1)的底面(19)为“v”形，且无人机在飞行时一般会带有一定的仰角，燃油(21)在重力作用下会向出油口(16)集中，如图6所示。因此，绝大多数燃油(21)在最后都能从出油口(16)放出，前主油箱(1)内残余油量很少。
19.3)防气泡油箱
20.如图7所示，防气泡油箱(4)整体为立方体形状。图8为防气泡油箱(4)的正视图，其顶面(25)为倒“v”形，底面(26)为“v”形。防气泡油箱(4)左右两侧布置有一对进油口(24)，顶部设有开口向上的防气泡油箱通气口(23)，底部设有发动机供油口(27)，可利用重力使燃油(21)自然流出，其形状为“l”形，可以使发动机供油管(3)更加靠近防气泡油箱(4)的底
面(26)，使得整体空间更紧凑。
21.当供油系统正常工作时，前主油箱(1)和后主油箱(2)中的燃油(21)将通过前出油管(12)和后出油管(10)将防气泡油箱(4)充满，如图9所示。如图10所示，当有气泡(28)从进油口(24)进入防气泡油箱(4)时，会自然向上集中，当气泡(28)较多时，会聚集形成大气泡(29)。由于防气泡油箱通气管(9)已连通大气，大气泡(29)会逐渐通过防气泡油箱通气管(9)排出。由于防气泡油箱顶面(25)形状为倒“v”形，大部分的气泡(28)都会被赶向防气泡油箱通气管(9)，气泡(28)残留量少。这样，防气泡油箱(4)排出气泡(28)的能力较强，能有效避免发动机因气泡(28)而工作不稳定甚至熄火。
22.如图11所示，当前主油箱(1)和后主油箱(2)的燃油(21)全部耗尽后，防气泡油箱(4)中仍有一定量剩余的燃油(21)，可为无人机提供一定的安全油量。由于防气泡油箱底面(26)为“v”形，剩余的燃油(21)在排出过程中将向发动机供油口(27)集中，使得大部分燃油(21)能排出，残余油量少。
23.4)油量监测系统
24.油量监测系统包括油量传感器(13)和油量告警器(11)。油量传感器(13)安装在前主油箱(1)最低处，可以探测前主油箱(1)内液面的高度，进而换算得到供油系统中剩余的油量。油量告警器(11)安装在防气泡油箱(4)的前表面，当前主油箱(1)和后主油箱(2)内燃油(21)耗尽，防气泡油箱(4)内的液面低于油量告警器(11)时，就会发出警报，提醒无人机地面控制人员进行应急处理。
25.本发明的优点和有益效果包括：
26.1)主油箱分为两个，避免燃油晃动造成无人机重心的大幅改变，提高了飞行安全性。主油箱充分利用无人机机身内部空间，载油量大。
27.2)主油箱、防气泡油箱的“v”形底面可以使燃油向各自的出油口集中。主油箱出油口的布置与无人机飞行姿态相结合，使得油箱残余油量少，可充分利用燃油。
28.3)防气泡油箱可有效将油路中的气泡排出，保障了发动机的稳定运转。
29.4)防气泡油箱低于主油箱，可保证在主油箱燃油耗尽之前，防气泡油箱中充满燃油。当主油箱燃油耗尽后，防气泡油箱中仍能提供一定的安全油量，能为无人机飞行安全提供保障。
30.5)通过油量监测系统，无人机地面控制人员可随时监视油量，掌握耗油情况。当燃油即将耗尽时，油量监测系统会发出警报，使得地面控制人员在安全油量的支持下有机会进行应急处理。
31.加油过程
32.如图12所示，加油时，通过前主油箱加油管(5)和后主油箱加油管(7)向供油系统注入燃油(21)。此时前主油箱通气管(6)、后主油箱通气管(8)和防气泡油箱通气管(9)均连通大气，因此燃油(21)会自动充满防气泡油箱(4)，且燃油(21)液面保持相平。
33.供油过程
34.如图13所示，在无人机飞行过程中，前主油箱加油管(5)、前主油箱通气管(6)、后主油箱加油管(7)、后主油箱通气管(8)和防气泡油箱通气管(9)均连通大气，运转中的发动机不断从发动机供油管(3)抽取燃油(21)，通过油量传感器(13)可实时监测供油系统内的剩余油量。在此过程中，供油系统中可能产生的气泡(28)将在进入发动机之前于防气泡油
箱(4)中排出，供油顺畅，发动机抽取的燃油(21)将不含气泡(28)，发动机工作稳定。
35.如图14所示，当前主油箱(1)和后主油箱(2)中的燃油(21)耗尽后，防气泡油箱(4)中剩余的燃油(21)液面一旦低于油量告警器(11)，就会向地面控制人员发出警告，此时剩余的安全油量仍能保证无人机进行一定的应急操作。
36.无人机完成飞行之后，重新加油，这套供油系统即可再次使用。