本發明涉及航空器,具體為一種混合能源動力系統及其控制方法。
背景技術:
1、隨著全球航空運輸規模的不斷擴大,航空業的能源消耗和碳排放問題日益突出。面對日益嚴格的碳排放法規和綠色發展目標,民用航空領域的節能減排、綠色環保成為研究熱點。
2、傳統民用飛機主要依賴航空煤油作為燃料,雖然近年來通過優化發動機設計、改進氣動布局以及采用輕量化材料等方式提高燃油效率,但整體節能減排的潛力已趨于瓶頸。
3、當前,未來民機的發展趨勢主要聚焦于電動化方向,包括混合電推進和全電推進兩種模式。其中全電飛機因其零排放、高效能等特點受到廣泛關注。然而,目前全電飛機的發展仍處于初級階段,主要集中在小型旋翼飛機和大型螺旋槳飛機領域,例如城市空中交通(urban?air?mobility,uam)和短途區域運輸。此外,一些研究探索采用氫燃料電池或氫渦輪發電技術為飛機提供動力,但這類技術依賴于氫能基礎設施的完善,并且涉及燃料存儲、供應鏈建設等挑戰,實現難度較大,存在較高的技術和經濟風險。
技術實現思路
1、有鑒于現有技術的上述缺陷,本發明所要解決的技術問題是如何提高整體能源使用效率,減少能源浪費。
2、為了解決上述提出的至少一個技術問題,本發明公開了一種混合能源動力系統及其控制方法。
3、根據本申請的一方面,提供了一種混合能源動力系統,包括:
4、混動控制模塊,用于獲取目標飛機對應的目標動力需求,并根據目標動力需求生成燃料供給指令和/或能量供給指令;
5、燃料供給模塊,與混動控制模塊耦接,用于根據燃料供給指令為目標飛機提供與目標動力需求對應的目標推力;
6、能量供給模塊,與混動控制模塊以及燃料供給模塊耦接,用于根據能量供給指令為目標飛機提供電能。
7、可選地,燃料供給模塊包括燃料提供單元以及驅動單元;
8、燃料提供單元與混動控制模塊耦接,用于接收燃料供給指令,并根據燃料供給指令產生驅動能量;
9、驅動單元與燃料提供單元耦接,用于接收驅動能量,并為目標飛機提供與目標動力需求對應的目標推力。
10、可選地,能量供給模塊包括分別與目標飛機的飛機配電模塊耦接的能量提供單元以及能量轉換單元;
11、能量提供單元包括燃料電池和/或動力電池;能量轉換單元包括發電機以及整流器;
12、能量提供單元以及能量轉換單元均用于為將電能傳遞至飛機配電模塊,以使得飛機配電模塊將電能分配至目標飛機的多個負載。
13、可選地,動力電池用于為飛機配電模塊提供電能,且飛機配電模塊用于為動力電池充電。
14、可選地,能量提供單元中,燃料電池與飛機配電模塊耦接;
15、或,燃料電池分別與飛機配電模塊以及燃料提供單元耦接。
16、可選地,燃料電池的數量為一個或多個;
17、當燃料電池的數量為多個時,存在至少一個燃料電池分別與飛機配電模塊以及燃料提供單元耦接。
18、可選地,混合能源動力系統還包括輔助動力模塊;
19、輔助動力模塊包括與目標飛機的飛機配電模塊耦接的永磁電動機,以及與永磁電動機耦接的輔助動力裝置;
20、輔助動力模塊用于為目標飛機提供輔助推力。
21、可選地,混合能源動力系統還包括飛行控制模塊;
22、飛行控制模塊與混動控制模塊通信連接,并根據當前飛行狀態生成目標動力需求。
23、根據本申請的第二方面,提供一種混合能源動力系統的控制方法,包括:
24、獲取目標飛機對應的目標動力需求;
25、基于目標動力需求生成燃料供給指令和/或能量供給指令;
26、向燃料供給模塊發送燃料供給指令,以使得燃料供給模塊為目標飛機提供目標推力;和/或,
27、向能量供給模塊發生能量供給指令,以使得能量供給模塊為目標飛機提供電能。
28、可選地,獲取目標飛機對應的目標動力需求之前,方法包括:
29、獲取目標飛機對應的飛行階段信息以及能源供給信息;
30、基于飛行階段信息以及能源供給信息,生成與目標飛機對應目標動力需求。
31、根據本申請的第三方面,提供一種飛行器,飛行器包括如上任一的混合能源動力系統。
32、本申請實施例的混合能源動力系統,通過混動控制模塊接收目標動力需求,進而根據目標動力需求分配燃料和電能,能夠使得飛機在不同飛行階段如起飛、巡航、降落均能獲得與飛行階段匹配的推力與電能支持,從而提高整體能源使用效率,減少能源浪費。同時,混合能源動力系統包括多個供給模塊,當單一供給模塊例如燃料供給模塊出現故障時,能量供給模塊仍然能夠提供一部分動力支持,從而提高混合能源動力系統的冗余度和可靠性,確保飛機運行過程中的安全。
33、另外,采用混合能源系統,能夠減少對傳統燃料的依賴,從而降低燃油消耗,并減少碳排放及其他有害氣體排放,提高環保性能。
34、本申請的其他特征和優點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。
1.一種混合能源動力系統,其特征在于,所述系統包括:
2.根據權利要求1所述的混合能源動力系統,其特征在于,所述燃料供給模塊(20)包括燃料提供單元(21)以及驅動單元(23);
3.根據權利要求1所述的混合能源動力系統,其特征在于,能量供給模塊(30)包括分別與所述目標飛機的飛機配電模塊(40)耦接的能量提供單元(31)以及能量轉換單元(34);
4.根據權利要求3所述的混合能源動力系統,其特征在于,所述動力電池(33)用于為所述飛機配電模塊(40)提供所述電能,且所述飛機配電模塊(40)用于為所述動力電池(33)充電。
5.根據權利要求3所述的混合能源動力系統,其特征在于,所述燃料供給模塊(20)包括燃料提供單元(21);
6.根據權利要求5所述的混合能源動力系統,其特征在于,所述燃料電池(32)的數量為一個或多個;
7.根據權利要求1所述的混合能源動力系統,其特征在于,所述混合能源動力系統還包括輔助動力模塊(50);
8.根據權利要求1所述的混合能源動力系統,其特征在于,所述混合能源動力系統還包括飛行控制模塊(60);
9.一種混合能源動力系統的控制方法,應用于如權利要求1-8任一項所述的混合能源動力系統,其特征在于,所述方法包括:
10.根據權利要求9所述的混合能源動力系統的控制方法,其特征在于,所述獲取目標飛機對應的目標動力需求之前,所述方法包括:
11.一種飛行器,其特征在于,包括如權利要求1-8中任一項所述的混合能源動力系統。