一种无人机双腔体油气分离器

1.本发明涉及无人机燃油系统领域，具体是一种适于无人机大角度姿态俯冲飞行且拉起后仍能够可靠工作的双腔体结构的燃油系统。


背景技术：

2.无人机燃油系统是用来储存机载发动机需用的燃油，并在无人机允许的一切飞行状态和工作条件下，按一定的顺序向发动机不间断地供给规定压力和流量的燃油。随着无人机产业的飞速发展，无人机已经广泛应用于技术侦察、巡逻监视、目标攻击等军事领域以及地质测绘、矿物勘探等民用领域。对于大多数侦查、巡逻、测绘、勘探用无人机来说，不需要很强的机动性，也不存在大角度俯冲等飞行状态，因此，这类型无人机的燃油系统大多采用常规通大气的硬软油箱，工作时燃软油箱直接与大气连通，通过软油箱底部供油孔进行供油。对于各类目标攻击型无人机、反辐射无人机等具备很强机动性要求的无人机来说，其燃油系统就需要根据不同的作战任务需求进行针对性设计，保证飞机在俯冲飞行时，不发生溢油或供油不畅的问题。目前，在公开号为cn205366088u的实用新型专利中公开了一种无人机供油系统，其软油箱顶部设有进气口和进油口，软油箱通过油管与化油器连通，置于软油箱内的油管末端设有油锤。该实用新型的优点在于，通过推动活塞杆带动滑块运动，从而实现缩小软油箱内燃料储存空间的目的，使油锤始终浸于燃料中，保证软油箱可持续稳定的向化油器供油，但该燃油系统不能满足无人机大过载俯冲飞行要求。
3.在公开号为cn209719944u的实用新型专利中公开了一种外部增压供油系统，该实用新型专利采用副软油箱对主软油箱进行外部增压，实现主软油箱负压供油，保证飞机高空供油以及大机动飞行供油；但是这一方法需要很大的空间及重量的要求，且需要引入发动机压缩气体，这对于活塞式或转子式发动机是不能实现的。
4.当前市场上的螺旋桨形式无人机大多采用常规的活塞式发动机或转子发动机，燃油选用易挥发汽油或航空煤油，目前常规的硬式通大气燃油系统不能满足这类无人机大角度俯冲飞行。


技术实现要素：

5.为克服现有技术中存在的燃油系统不能满足无人机大角度俯冲飞行时正常供油的不足，本发明提出了一种无人机双腔体油气分离器。
6.一种无人机双腔体油气分离器，其特征在于，所述油气分离器包括油气分离器本体和液位传感器；所述油气分离器本体分为上腔体与下腔体；液位传感器安装在所述上腔体的侧壁板上；所述上腔体的下面板为斜面，下腔体上面板亦为斜面，使上腔体的下面板与下腔体的上面板之间形成v形开口，并在该v形开口的根部使所述上腔体与下腔体连通，并使该v形开口的根部位于机头一侧，该v形开口的口部位于机尾一侧。所述上腔体的容积为1000ml，下腔体的容积为500ml。
7.所述上腔体下面板与水平面之间的夹角为a；下腔体上面板与水平面之间的夹角
为b；下腔体下面板与水平面之间的夹角为c；a＝18～22
°
，b＝0～﹣5
°
，c＝18～22
°
；所述油气分离器机头一侧壁板至机尾一侧壁板之间的距离为l；所述v形开口底部至 v形开口口部之间的水平距离为l1；l1：l＝0.65～0.9。
8.在所述油气分离器的上端盖上开有进油口和排气口；在该油气分离器的侧壁下部开有出油口；在所述上腔体的侧壁板上安装有液位传感器。
9.所述油气分离器本体上端的进油口与无人机燃油系统中软油箱的出口通过管路连通，在该管路上连接有油泵；该油气分离器本体下端的出油口通过管路外接发动机的进油口，在该管路上连接有单向阀；位于该油气分离器本体上端的排气口通过管路与外界大气连通，在该管路上连接有排气电磁阀。所述排气口的中心距该油气分离器机尾一侧壁板外表面的距离为10mm；所述出油口的中心距该油气分离器底板上表面的距离为12mm；所述液位传感器的中心距离该油气分离器机尾一侧壁板外表面的距离为12mm，同时距离该油气分离器上表面的距离为10mm。
10.所述单向阀的出口与所述发动机进油口连通。
11.本发明既适用于俯仰角度较小的常规无人机，又适用于具有俯冲飞行要求的攻击无人机。
12.采用本发明的技术方案，在飞机正常平飞时，油泵将软油箱内燃油通过进油口吸入油气分离器的上腔体。该上腔体的下表面是一个斜面，油液能够进一步流入下腔体内。该斜面的倾斜角大于飞机正常平飞爬升时最大俯仰角。所述下腔体的上表面亦为斜面，气体能够进一步到达上腔体；该斜面的倾斜角小于飞机正常平飞下滑时最小俯仰角。
13.本发明中，通过液位传感器感知油气分离器的上腔体中是否有气体：当有气体时，打开排气电磁阀，将油气分离器的上腔体中气体通过排气口排出，直到燃油液面高于液位传感器，排气电磁阀关闭。当油气分离器的下腔体中燃油由于振动或挥发产生气体时，气体会由于重力作用上浮到上腔体上表面。
14.该油气分离器的下腔体中只有燃油通过出油口通往发动机。当飞机大角度俯冲飞行时，软油箱内存在的气体进入油气分离器的上腔体；油气分离器利用自身结构特点及排气功能，将进入的气体阻挡在上腔体内，并通过排气口不断排出；当进入的气体足够多不能及时排出时，上腔体内逐渐充满气体。
15.当上腔体内液面低于上腔体与下腔体连通口时，就会有气体进入下腔体。设计的该油气分离器机头一侧壁板至机尾一侧壁板之间的距离为l；该v形开口底部至v形开口口部之间的水平距离为l1；当l1：l＝0.65～0.9时能够有效提高上腔体中燃油的利用率。
16.当飞机俯冲结束后拉起，软油箱内只有燃油进入油气分离器的上腔体。
17.本发明既能够满足无人机正常飞行时的可靠供油，还能够适应无人机在大机动飞行姿态下，尤其是俯冲飞行及拉起复飞时，能够稳定可靠的为发动机供给纯燃油，保证了发动机的正常工作。
18.与现有技术相比，本发明取得的有益效果是：
19.1、本发明提出的双腔体燃油系统主要利用其中油气分离器的上腔体和下腔体结构特点，将通向发动机的燃油进行油气分离，把液体燃油供给给发动机，气体排出机外，保证无人机大角度俯冲及拉起复飞时燃油系统能够不间断地供给规定流量的燃油。
20.2、本发明提出的双腔体油气分离器，将燃油液面保持在上腔体中，能够有效避免
无人机在飞行时的偏航、过载、突风等不利因素造成的燃油液面剧烈晃动对出油口处供油可靠性的影响。
21.3、本发明提出的上腔体下面板与水平面之间的夹角a＝θ1+2
°
、下腔体上面板与水平面之间的夹角b＝θ2‑2°
、下腔体下面板与水平面之间的夹角c＝θ1+2
°
，其中θ1为无人机爬升时最大姿态角、θ2为无人机下滑时最小姿态角。通过合理设置双腔体油气分离器中各腔体面板的角度，使无人机在平飞、爬升、下滑等飞行姿态时，油气分离器中的既不会留存气体，也不会形成死油区域，保证了燃油系统长时间稳定供油。
22.4、本发明中的核心部件是油气分离器，该部件构件简单、便于维护、可靠性高。
23.为验证本发明的效果，对本发明的技术方案进行了实验验证。实验中，根据无人机飞行要求，以飞机最大爬升姿态角为18
°
，最小下滑姿态角为
‑1°
，飞机俯冲时间t≤120s，发动机最大耗油流量q1＝200ml/min，设计得到实物参数如下：上腔体11容积1000ml，下腔体12容积500ml，上腔体11中上腔体下面板与水平面之间的夹角a 为20
°
，下腔体12中下腔体上面板与水平面之间的夹角b为
‑3°
，下腔体下面板与水平面之间的夹角c为20
°
，l1：l取0.85，单向阀开启压力为18kpa。在进行平飞试验时，燃油系统能够长时间稳定工作，不发生供油不畅或中断现象；在进行俯冲飞行试验时，俯冲角度为
‑
90
°
状态，此时，燃油系统最少可以俯冲飞行360s，俯冲飞行后拉起复飞，燃油系统供油不发生供油不畅或中断现象。
附图说明
24.图1是本发明燃油系统结构示意图；
25.图2是本发明双腔体油气分离器结构示意图。
26.图中：1.软油箱；2.油泵；3.排气电磁阀；4.单向阀；5.油气分离器；6.油气分离器本体；7.液位传感器；8.进油口；9.出油口；10.排气口；11.上腔体；12.下腔体。
具体实施方式
27.本实施例中提出的能够适应无人机俯冲飞行的油气分离器。
28.所述油气分离器5包括油气分离器本体6和液位传感器7。所述油气分离器本体6 分为上腔体11与下腔体12。液位传感器7安装在所述上腔体11的侧壁板上。
29.所述上腔体11的下面板为斜面，下腔体12上面板亦为斜面，使上腔体的下面板与下腔体的上面板之间形成v形开口；该v形开口的根部位于机头一侧，该v形开口的口部位于机尾一侧，并在该v形开口的根部使所述上腔体与下腔体连通。所述上腔体下面板与水平面之间的夹角为a；下腔体上面板与水平面之间的夹角为b；下腔体下面板与水平面之间的夹角为c；a＝18～22
°
，b＝0～﹣5
°
，c＝18～22
°
。所述油气分离器本体6机头一侧壁板至机尾一侧壁板之间的距离为l；所述v形开口底部至v形开口口部之间的水平距离为l1；l1：l＝0.65～0.9。
30.在所述油气分离器本体6的上端盖上开有进油口8和排气口10；所述排气口10 的中心距该油气分离器本体6机尾一侧壁板外表面的距离为10mm。在该油气分离器本体的侧壁下部开有出油口9，并使该出油口的中心距该油气分离器本体底板上表面的距离为12mm。在所述上腔体11的侧壁板上安装有液位传感器7，并使该液位传感器的中心距离该油气分离器本体6机尾一侧壁板外表面的距离为12mm，同时距离该油气分离器本体6上表面的距离
为10mm。
31.本实施例中，所述上腔体11的容积为1000ml，下腔体12的容积为500ml；该上腔体下面板与水平面之间的夹角a为20
°
；下腔体上面板与水平面之间的夹角b为
ꢀ‑3°
；下腔体下面板与水平面之间的夹角c为20
°
；所述油气分离器本体6机头一侧壁板至机尾一侧壁板之间的距离为l；所述v形开口底部至v形开口口部之间的水平距离为l1；该l1：l＝0.85。为了满足油气分离器能够顺利排气，单向阀4开启压力取为18kpa。
32.在使用时，所述油气分离器本体上端的进油口与无人机燃油系统中的软油箱1的出口通过管路连通；在该管路上连接有油泵2。该油气分离器本体下端的出油口9通过管路外接发动机的进油口；在该管路上连接有单向阀4。位于该油气分离器本体上端的排气口10通过管路与外界大气连通，并通过连接在该管路上的排气电磁阀3将气体排出。本实施例中，所述油管的内径为8mm，所述气管的内径为6mm。
33.所述软油箱1、油泵2、排气电磁阀3和单向阀4均为已有技术。