一种基于空气动力学的无人机散热系统的制作方法

1.本实用新型属于无人机散热技术领域，更具体地，涉及一种基于空气动力学的无人机散热系统。


背景技术：

2.为响应节能减排号召，早日实现碳中和目标，新能源无人机发展进入了黄金时期。如今新能源无人机最大的限制瓶颈在于续航时间，目前流行的锂离子电池系统在无人机所允许的重量范围内普遍只能续航不到1小时，如何延长新能源无人机的续航时间，是国内外都在突破的课题。
3.因此，氢燃料电池动力日益成为新能源无人机发展的一种趋势。相对于锂电池，氢燃料电池的使用寿命更长，其氢气燃料具有来源充足、能量密度高、价格便宜、产物无污染等特点，燃料电池为无人机供电可满足其长时间动力需求，减轻供电系统重量。同时，燃料电池存在一些使用难点，该系统对工作温度要求严格，电堆温度过高或过低都会使燃料电池工作效率和使用寿命下降，严重时甚至会失效，因此对散热系统的设计提出了挑战。
4.目前传统的燃料电池系统热管理研究主要集中在地面常温常压条件下，对空气更为稀薄的中高空工作环境下的研究，以及结合空气动力学方面的研究较少。现有技术中的热管理系统，包括水箱、冷却水循环泵、散热器等零部件，可以实现电堆的散热冷却，但此热管理系统仅考虑对无人机的燃料电池的散热，并且散热过程中未考虑散热对无人机的空气动力学影响。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是针对现有技术中存在的不足，提供一种基于空气动力学的无人机散热系统，解决现有技术中的热管理系统仅考虑对无人机的燃料电池的散热，并且散热过程中未考虑散热对无人机的空气动力学影响的问题。
6.为了实现上述目的，本实用新型提供一种基于空气动力学的无人机散热系统，该系统包括：
7.第一电池风冷散热器和第二电池风冷散热器，分别设置在无人机的左侧和右侧，所述第一电池风冷散热器和第二电池风冷散热器依次设置在第一冷却回路上，并用于对无人机的燃料电池进行散热；
8.电控系统风冷散热器，与所述第二电池风冷散热器靠近并设置在所述无人机的同一侧，所述电控系统风冷散热器用于对无人机的电控系统进行散热。
9.可选地，所述第一电池风冷散热器的散热量等于所述第二电池风冷散热器与所述电控系统风冷散热器的散热量之和。
10.可选地，所述第一冷却回路上在所述第一电池风冷散热器的上游设置有第一水泵，处于所述第一水泵的输出端与所述第一电池风冷散热器之间的所述第一冷却回路上连接有旁路管路，所述旁路管路与处于所述第二电池风冷散热器下游的所述第一冷却回路连
接，所述旁路管路上设置有旁路控制阀。
11.可选地，所述第一冷却回路通过第一支路与所述燃料电池连接，并通过第二支路与无人机的中冷器连接，所述第一支路和所述第二支路与所述第一水泵的输入端连接。
12.可选地，所述第一支路上在所述燃料电池的下游设置有水温传感器。
13.可选地，所述电控系统包括压气机、电压转换器、压气机控制器。
14.可选地，所述电控系统风冷散热器设置在第二冷却回路上，所述第二冷却回路一端与所述电控系统风冷散热器的出口连接，依次经过所述压气机、所述电压转换器、所述压气机控制器和第二水泵，并与所述电控系统风冷散热器的入口连接。
15.可选地，还包括气体管路，所述气体管路的一端与所述压气机连接，依次经过无人机的中冷器、加湿器，并与所述燃料电池连接。
16.可选地，所述第一冷却回路上在所述第一电池风冷散热器和所述第二电池风冷散热器之间设置有第一排气阀，所述第二冷却回路上在所述电控系统风冷散热器与所述压气机之间设置有第二排气阀。
17.可选地，还包括第一膨胀水箱和第二膨胀水箱，所述第一膨胀水箱和所述第二膨胀水箱分别与所述第一冷却回路和所述第二冷却回路连接。
18.本实用新型提供一种基于空气动力学的无人机散热系统，其有益效果在于：该系统将用于对燃料电池进行散热的电池风冷散热器分为第一电池风冷散热器和第二电池风冷散热器，二者分别设置在无人机的左侧和右侧，并且设置电控系统风冷散热器，将电控系统风冷散热器与第二电池风冷散热器靠近并设置在无人机的同一侧，尽量使得处于无人机的左侧和右侧的散热量相等，不仅具备了对无人机的燃料电池和电控系统的全面散热，还基于空气动力学，考虑到散热对无人机的空气动力学影响，平衡无人机左侧和右侧的散热量，进而平衡飞行器左侧和右侧空气阻力。
19.本实用新型的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
20.通过结合附图对本实用新型示例性实施方式进行更详细的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本实用新型示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
21.图1示出了根据本实用新型的一个实施例的一种基于空气动力学的无人机散热系统的示意图。
22.附图标记说明：
23.1、第一电池风冷散热器；2、第二电池风冷散热器；3、电控系统风冷散热器；4、第一冷却回路；5、第一水泵；6、旁路管路；7、旁路控制阀；8、第一支路；9、第二支路；10、燃料电池；11、中冷器；12、水温传感器；13、压气机；14、电压转换器；15、压气机控制器；16、第二冷却回路；17、第二水泵；18、气体管路；19、第一排气阀；20、第二排气阀；21、第一膨胀水箱；22、第二膨胀水箱；23、第一注液阀；24、第二注液阀；25、加湿器。
具体实施方式
24.下面将更详细地描述本实用新型的优选实施方式。虽然以下描述了本实用新型的
优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本实用新型更加透彻和完整，并且能够将本实用新型的范围完整地传达给本领域的技术人员。
25.如图1所示，本实用新型提供一种基于空气动力学的无人机散热系统，该系统包括：
26.第一电池风冷散热器1和第二电池风冷散热器2，分别设置在无人机的左侧和右侧，第一电池风冷散热器1和第二电池风冷散热器2依次设置在第一冷却回路4上，并用于对无人机的燃料电池10进行散热；
27.电控系统风冷散热器3，与第二电池风冷散热器2靠近并设置在无人机的同一侧，电控系统风冷散热器3用于对无人机的电控系统进行散热。
28.具体的，为解决现有技术中的热管理系统仅考虑对无人机的燃料电池10的散热，并且散热过程中未考虑散热对无人机的空气动力学影响的问题；本实用新型提供的基于空气动力学的无人机散热系统将用于对燃料电池10进行散热的电池风冷散热器分为第一电池风冷散热器1和第二电池风冷散热器2，二者分别设置在无人机的左侧和右侧，并且设置电控系统风冷散热器3，将电控系统风冷散热器3与第二电池风冷散热器2靠近并设置在无人机的同一侧，尽量使得处于无人机的左侧和右侧的散热量相等，不仅具备了对无人机的燃料电池10和电控系统的全面散热，还基于空气动力学，考虑到散热对无人机的空气动力学影响，平衡无人机左侧和右侧的散热量，进而平衡飞行器左侧和右侧空气阻力。
29.可选地，第一电池风冷散热器1的散热量等于第二电池风冷散热器2与电控系统风冷散热器3的散热量之和。
30.具体的，可以通过控制流经第一电池风冷散热器1、第二电池风冷散热器2和电控系统风冷散热器3的冷却液的流量，来控制三者的散热量，使得第一电池风冷散热器1的散热量等于第二电池风冷散热器2与电控系统风冷散热器3的散热量之和，达到无人机的左侧和右侧的散热量平衡的效果。
31.在本实施例中，无人机的左侧和右侧分别指无人机的左机翼和右机翼。
32.在一个示例中，根据无人机的各个部件散热量的计算，因燃料电池10发热量大，电池风冷散热器的散热量要明显高于电控系统风冷散热器3，在部分选型工况下甚至相差五倍以上，因此外界环境空气流经电池风冷散热器后的温度明显较高；根据空气物理特性，温度越高空气粘度越大，空气粘度的增加将增大空气阻力，从而引发无人机左右两侧飞行阻力相差较大的问题。因此本实用新型设置第一电池风冷散热器1和第二电池风冷散热器2，第二电池风冷散热器2与电控系统风冷散热器3在无人机的同一侧靠近设置，行程组合散热器，使得在多种常规工况下第一电池风冷散热器1与组合散热器的热负载基本相同，并且分别置于无人机的左右两侧，从而起到平衡飞行左右侧空气阻力的效果。
33.可选地，第一冷却回路4上在第一电池风冷散热器1的上游设置有第一水泵5，处于第一水泵5的输出端与第一电池风冷散热器1之间的第一冷却回路4上连接有旁路管路6，旁路管路6与处于第二电池风冷散热器2下游的第一冷却回路4连接，旁路管路6上设置有旁路控制阀7。
34.具体的，第一水泵5为冷却液在第一冷却回路4中的循环提供动力，旁路管路6和旁路控制阀7的设置用于调控第一冷却回路4与旁路管路6中冷却液的流量，进而可以控制第
一电池风冷散热器1和第二电池风冷散热器2的散热量。
35.可选地，第一冷却回路4通过第一支路8与燃料电池10连接，并通过第二支路9与无人机的中冷器11连接，第一支路8和第二支路9与第一水泵5的输入端连接。
36.具体的，燃料电池10开始供能时，可以调节第一冷却回路4中的第一水泵5转速和旁路控制阀7开度，部分冷却液流经第一电池风冷散热器1和第二电池风冷散热器2，其余冷却液直接流经旁路管路6，两路冷却液在风第二电池风冷散热器2后汇合；汇合后部分冷却液经过第一支路8流入燃料电池10，其余经过第二支路9流入中冷器11，两路冷却液在第一水泵5前再次汇合，流入第一水泵5。
37.可选地，第一支路8上在燃料电池10的下游设置有水温传感器12。
38.具体的，水温传感器12用于监测流经燃料电池10的冷却液温度，便于监控其对燃料电池10的冷却效果。
39.可选地，电控系统包括压气机13、电压转换器14、压气机控制器15。
40.具体的，电控系统风冷散热器3用于对压气机13、电压转换器14、压气机控制器15等电控部件进行散热，还可以根据需要连入其它电控部件。
41.可选地，电控系统风冷散热器3设置在第二冷却回路16上，第二冷却回路16一端与电控系统风冷散热器3的出口连接，依次经过压气机13、电压转换器14、压气机控制器15和第二水泵17，并与电控系统风冷散热器3的入口连接。
42.具体的，第二冷却回路16中冷却液从第二水泵17泵出后流经第二电池风冷散热器2，随后依次流过压气机13、电压转换器14和压气机控制器15，对以上三个电控部件散热后流回第二水泵17，形成回路。
43.可选地，还包括气体管路18，气体管路18的一端与压气机13连接，依次经过无人机的中冷器11、加湿器25，并与燃料电池10连接。
44.具体的，环境空气经压气机13压缩后变为高温高压空气，后经过中冷器11和加湿器25后变为中温高压湿空气，随后进入燃料电池10中反应。
45.可选地，第一冷却回路4上在第一电池风冷散热器1和第二电池风冷散热器2之间设置有第一排气阀19，第二冷却回路16上在电控系统风冷散热器3与压气机13之间设置有第二排气阀20。
46.具体的，第一排气阀19和第二排气阀20分别用于第一冷却回路4和第二冷却回路16的排气，保证冷却液的冷却效率。
47.可选地，还包括第一膨胀水箱21和第二膨胀水箱22，第一膨胀水箱21和第二膨胀水箱22分别与第一冷却回路4和第二冷却回路16连接。
48.具体的，第一膨胀水箱21和第二膨胀水箱22分别为第一冷却回路4和第二冷却回路16提供冷却液，第一膨胀水箱21和第二膨胀水箱22的连接管路上分别设置有第一注液阀23和第二注液阀24，第一注液阀23和第二注液阀24均可用于注液和排液控制。
49.以上已经描述了本实用新型的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

技术特征：
1.一种基于空气动力学的无人机散热系统，其特征在于，该系统包括：第一电池风冷散热器和第二电池风冷散热器，分别设置在无人机的左侧和右侧，所述第一电池风冷散热器和第二电池风冷散热器依次设置在第一冷却回路上，并用于对无人机的燃料电池进行散热；电控系统风冷散热器，与所述第二电池风冷散热器靠近并设置在所述无人机的同一侧，所述电控系统风冷散热器用于对无人机的电控系统进行散热。2.根据权利要求1所述的基于空气动力学的无人机散热系统，其特征在于，所述第一电池风冷散热器的散热量等于所述第二电池风冷散热器与所述电控系统风冷散热器的散热量之和。3.根据权利要求1所述的基于空气动力学的无人机散热系统，其特征在于，所述第一冷却回路上在所述第一电池风冷散热器的上游设置有第一水泵，处于所述第一水泵的输出端与所述第一电池风冷散热器之间的所述第一冷却回路上连接有旁路管路，所述旁路管路与处于所述第二电池风冷散热器下游的所述第一冷却回路连接，所述旁路管路上设置有旁路控制阀。4.根据权利要求3所述的基于空气动力学的无人机散热系统，其特征在于，所述第一冷却回路通过第一支路与所述燃料电池连接，并通过第二支路与无人机的中冷器连接，所述第一支路和所述第二支路与所述第一水泵的输入端连接。5.根据权利要求4所述的基于空气动力学的无人机散热系统，其特征在于，所述第一支路上在所述燃料电池的下游设置有水温传感器。6.根据权利要求1所述的基于空气动力学的无人机散热系统，其特征在于，所述电控系统包括压气机、电压转换器、压气机控制器。7.根据权利要求6所述的基于空气动力学的无人机散热系统，其特征在于，所述电控系统风冷散热器设置在第二冷却回路上，所述第二冷却回路一端与所述电控系统风冷散热器的出口连接，依次经过所述压气机、所述电压转换器、所述压气机控制器和第二水泵，并与所述电控系统风冷散热器的入口连接。8.根据权利要求7所述的基于空气动力学的无人机散热系统，其特征在于，还包括气体管路，所述气体管路的一端与所述压气机连接，依次经过无人机的中冷器、加湿器，并与所述燃料电池连接。9.根据权利要求7所述的基于空气动力学的无人机散热系统，其特征在于，所述第一冷却回路上在所述第一电池风冷散热器和所述第二电池风冷散热器之间设置有第一排气阀，所述第二冷却回路上在所述电控系统风冷散热器与所述压气机之间设置有第二排气阀。10.根据权利要求7所述的基于空气动力学的无人机散热系统，其特征在于，还包括第一膨胀水箱和第二膨胀水箱，所述第一膨胀水箱和所述第二膨胀水箱分别与所述第一冷却回路和所述第二冷却回路连接。

技术总结
本实用新型提供一种基于空气动力学的无人机散热系统，涉及无人机散热技术领域，该系统包括：第一电池风冷散热器和第二电池风冷散热器，分别设置在无人机的左侧和右侧，第一电池风冷散热器和第二电池风冷散热器依次设置在第一冷却回路上，并用于对无人机的燃料电池进行散热；电控系统风冷散热器，与第二电池风冷散热器靠近并设置在无人机的同一侧，电控系统风冷散热器用于对无人机的电控系统进行散热；解决现有技术中的热管理系统仅考虑对无人机的燃料电池的散热，并且散热过程中未考虑散热对无人机的空气动力学影响的问题。热对无人机的空气动力学影响的问题。热对无人机的空气动力学影响的问题。


技术研发人员：王茜 张振 陈杰
受保护的技术使用者：中国航天空气动力技术研究院
技术研发日：2022.12.30
技术公布日：2023/6/20