一种基于氢燃料电池的非对称布局无人机的制作方法

本申请涉及无人飞行设备，尤其涉及一种基于氢燃料电池的非对称布局无人机。

背景技术：

1、随着无人机技术的发展，无人机已经越来越多地应用于电力巡检、应急勘查、长距离物流运输等场景。在这些场景中，无人机往往需要携带摄像头、光电吊舱、传感器或者其他作业设备，并且需要在较长距离、较长时间内连续飞行。传统无人机多采用锂电池作为动力来源，锂电池虽然结构简单、使用方便，但单位重量能够提供的电能有限。当无人机需要长时间飞行或者携带较重载荷时，单纯依靠增加锂电池容量往往会明显增加整机重量，导致续航提升有限，甚至会因为电池重量而抵消一部分续航收益。

2、为了解决长航时飞行的问题，氢燃料电池逐渐被应用到无人机领域。氢燃料电池系统通常包括储氢瓶、燃料电池电堆、供氢阀组、控制模块、散热模块等部件。与锂电池相比，氢燃料电池具有能量密度高、补能速度快、工作过程中排放清洁等优点，因此适合用于长航时无人机。然而，将氢燃料电池系统安装到无人机上，并不是简单地把原来的锂电池换成氢燃料电池即可。由于氢燃料电池系统中的各个部件形状、重量和功能差异较大，其对无人机整体结构布局提出了更高要求。

3、具体而言，储氢瓶通常呈细长的圆柱形，燃料电池电堆通常呈块状或箱体状，并且燃料电池电堆工作时还会产生较多热量，需要设置散热空间和气流通道。同时，无人机前部或者下方还需要安装作业载荷，例如巡检设备、拍摄设备或者其他任务模块。这种情况下，储氢瓶、燃料电池电堆、控制模块和作业载荷在形状和重量上都不完全一致，无法像普通锂电池那样集中布置在机身中心。

4、此外，燃料电池电堆在工作过程中会持续产生热量，需要及时散热。如果散热不充分，可能影响燃料电池电堆的输出效率和工作稳定性。现有氢燃料电池无人机通常通过风扇、散热片或者在机身上设置通风口的方式进行散热。但是，现有的氢燃料无人机中，燃料电池电堆往往被包围在机身内部，外部气流难以直接、稳定地流经电堆散热区域，因此需要依赖主动风扇进行散热，而主动风扇不仅会占用安装空间，还会消耗电能，并增加整机重量和系统复杂度。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请的目的是提供一种基于氢燃料电池的非对称布局无人机，用于解决上述部分或全部问题。

2、为达到上述技术目的，本申请提供一种基于氢燃料电池的非对称布局无人机，包括井形机架、燃料电池组件、安装平台以及多个动力输出单元；

3、所述井形机架的前侧和后侧分别设置有前侧机臂和后侧机臂，且所述井形机架上靠近后侧的区域设置有安装工位；

4、所述安装工位内设置有氢气罐；

5、所述前侧机臂的长度大于所述后侧机臂；

6、所述燃料电池组件设置于所述安装工位，且连接所述氢气罐；

7、所述安装平台设置于所述井形机架的前侧，且所述燃料电池组件位于所述安装平台的上方；

8、所述安装平台用于安装作业设备；

9、多个所述动力输出单元分别设置于所述前侧机臂的两端和所述后侧机臂的两端；

10、所述井形机架外侧设置有机身外壳；

11、所述机身外壳的前侧设置有进气口；

12、所述机身外壳在对应所述燃料电池组件的位置的两侧设置有出气口。

13、进一步地，所述井形机架包括多个机身碳管；

14、多个所述机身碳管围设形成所述安装工位。

15、进一步地，所述前侧机臂在竖直高度上位于所述后侧机臂的下方。

16、进一步地，所述前侧机臂的两端与无人机的重心形成第一夹角；

17、所述后侧机臂的两端与无人机的重心形成第二夹角；

18、所述第一夹角大于所述第二夹角。

19、进一步地，所述前侧机臂长度为所述后侧机臂长度的115％至120％。

20、进一步地，所述氢气罐与所述燃料电池组件之间设置有隔热板。

21、进一步地，所述隔热板的两端连接所述井形机架，以作为所述井形机架的加强筋。

22、进一步地，所述进气口设置有多个进气百叶。

23、进一步地，所述进气口与所述燃料电池组件正对设置，以使经所述进气口进入所述机身外壳内的气流流经所述燃料电池组件后从所述出气口排出。

24、进一步地，所述氢气罐为圆柱体；

25、所述氢气罐的轴向与所述井形机架的前后方向平行。

26、从以上技术方案可以看出，本申请提供一种基于氢燃料电池的非对称布局无人机，包括井形机架、燃料电池组件、安装平台以及多个动力输出单元；所述井形机架的前侧和后侧分别设置有前侧机臂和后侧机臂，且所述井形机架上靠近后侧的区域设置有安装工位；所述安装工位内设置有氢气罐；所述前侧机臂的长度大于所述后侧机臂；所述燃料电池组件设置于所述安装工位，且连接所述氢气罐；所述安装平台设置于所述井形机架的前侧，且所述燃料电池组件位于所述安装平台的上方；所述安装平台用于安装作业设备；多个所述动力输出单元分别设置于所述前侧机臂的两端和所述后侧机臂的两端；所述井形机架外侧设置有机身外壳；所述机身外壳的前侧设置有进气口；所述机身外壳在对应所述燃料电池组件的位置的两侧设置有出气口。

27、本方案提供的基于氢燃料电池的非对称布局无人机中，在井形机架靠近后侧的区域设置安装工位，并将氢气罐和燃料电池组件设置于该安装工位，同时将用于安装作业设备的安装平台设置于井形机架前侧，使作业设备与燃料电池组件、氢气罐在机身前后方向上形成非对称布置。通过上述，本方案一方面能够为作业设备预留前侧安装空间，便于搭载巡检、拍摄或其他任务设备；另一方面，燃料电池组件和氢气罐靠后布置能够对前侧作业设备造成的重心前移进行补偿，从而减少额外配重需求，提高无人机的有效载荷能力和续航性能。

28、同时，前侧机臂的长度大于后侧机臂的长度，使前后动力输出单元相对于无人机重心形成不同的力臂分布，能够进一步配合氢气罐、燃料电池组件和作业设备的非对称布局，以实现对整机重心偏移进行物理补偿，进而使多个动力输出单元的输出载荷更加均衡，有利于提高无人机悬停和飞行过程中的稳定性，并降低飞控系统对各动力输出单元进行大幅功率修正的需求。

29、此外，机身外壳前侧设置进气口，并在对应燃料电池组件的位置的两侧设置出气口，使外部气流能够由机身前侧进入后流经燃料电池组件，再从燃料电池组件两侧排出，从而形成针对燃料电池组件的散热气流路径。上述结构有利于降低燃料电池组件工作时的热量积聚，提高燃料电池组件的工作稳定性，并减少主动散热装置的能耗。

30、基于上述可知，本方案能够在紧凑布置氢燃料电池系统和作业设备的同时，兼顾重心平衡、散热效率、载荷能力和续航性能。

1.一种基于氢燃料电池的非对称布局无人机，其特征在于，包括井形机架（10）、燃料电池组件（20）、安装平台（30）以及多个动力输出单元（40）；

2.根据权利要求1所述的基于氢燃料电池的非对称布局无人机，其特征在于，所述井形机架（10）包括多个机身碳管（15）；

3.根据权利要求1所述的基于氢燃料电池的非对称布局无人机，其特征在于，所述前侧机臂（12）在竖直高度上位于所述后侧机臂（13）的下方。

4.根据权利要求1所述的基于氢燃料电池的非对称布局无人机，其特征在于，所述前侧机臂（12）的两端与无人机的重心形成第一夹角（a）；

5.根据权利要求1所述的基于氢燃料电池的非对称布局无人机，其特征在于，所述前侧机臂（12）长度为所述后侧机臂（13）长度的115％至120％。

6.根据权利要求1所述的基于氢燃料电池的非对称布局无人机，其特征在于，所述氢气罐（14）与所述燃料电池组件（20）之间设置有隔热板。

7.根据权利要求6所述的基于氢燃料电池的非对称布局无人机，其特征在于，所述隔热板的两端连接所述井形机架（10），以作为所述井形机架（10）的加强筋。

8.根据权利要求1所述的基于氢燃料电池的非对称布局无人机，其特征在于，所述进气口设置有多个进气百叶。

9.根据权利要求8所述的基于氢燃料电池的非对称布局无人机，其特征在于，所述进气口与所述燃料电池组件（20）正对设置，以使经所述进气口进入所述机身外壳（50）内的气流流经所述燃料电池组件（20）后从所述出气口排出。

10.根据权利要求1所述的基于氢燃料电池的非对称布局无人机，其特征在于，所述氢气罐（14）为圆柱体；