基本信息
- 項目名稱：
- 新型布局長航時載機--“夸父”飛翼布局太陽能飛機
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- “夸父”，作為飛翼布局太陽能飛機的初始設(shè)計，以超輕量柔性太陽能電池作為能源維持它長時間留空。高效的飛翼布局和高效率的太陽能電源管理設(shè)備是“夸父 ”的關(guān)鍵。白晝收集到的太陽能，部分用于動力推進和電子設(shè)備，另一部分則是儲存并用于夜間飛行。在無動力滑翔狀態(tài)，依靠上升氣流，增加留空的時間。在動力飛行狀態(tài)，改變航向或爬升高度。
- 詳細介紹：
- 太陽能飛機是應(yīng)用太陽能電池，將太陽能輻射直接轉(zhuǎn)換為電能。太陽能電池?zé)o運動部件，可小型化，不需要持續(xù)消耗一次性能源，因此非常適于作為高空長航時飛機的能源。多個太陽能電池為一個組件，而多個組件可串成一排電池方陣，電池方陣再并聯(lián)，就可獲得可觀的電力。 太陽能飛機采用飛翼布局的五大優(yōu)勢 1、飛翼式布局省去了常規(guī)的機身和尾翼，因此可大大減輕重量，降低形狀阻力，由于絕大部分面積的機體都能產(chǎn)生升力，在同等推力的條件下，飛翼布局相最大起飛重量要比常規(guī)的大，能允許更大的載荷。 2、在巡航飛行中，由于飛翼布局的升阻比比常規(guī)布局要高，需求推力比常規(guī)的要低。反過來說在給定航程、載重量的條件下，飛翼布局要的推力少，功率損耗少。 3、飛翼簡單的構(gòu)造有利于結(jié)構(gòu)強度的增加和結(jié)構(gòu)重量的減小，減少大展弦比帶來的種種隱患，降低了技術(shù)風(fēng)險的同時，建造成本也更低。 4、飛翼布局主體是寬敞的機翼，除了機體內(nèi)方便布置控制設(shè)備、電池和各種設(shè)備外，上下表面面積大，提供較大的太陽能電池的安裝面積。 5、重量分配更優(yōu)。可行的橫向載重設(shè)計使載荷和飛機自身重量更均衡地分配在翼面上。消除了對過多的結(jié)構(gòu)重量的需要。 同時為了降低全機重量，機翼將采用先進的復(fù)合材料制造，高效柔性薄膜太陽能電池作為其蒙皮。同時采用能量密度要達到200Wh/kg以上鋰聚合物電池，并集成于機翼結(jié)構(gòu)內(nèi)部。高效的峰值功率追蹤器時刻令太陽能電池發(fā)電功率最大化，并采用交替供能的能源系統(tǒng)進一步穩(wěn)定能源。 1、柔性薄膜太陽電池可與機體曲面貼合，氣動效率大大提高。 2、高能量密度的儲能器和合理能源結(jié)構(gòu)將大大降低全機重量，減低功耗。 3、峰值功率追蹤器提高從太陽電池獲得的功率。 4、交替供能控制系統(tǒng)的出現(xiàn)解決了太陽能電池供電不穩(wěn)定的難題。 5、白晝收集到的太陽能，一部分用于動力推進和電子設(shè)備，另一部分則是儲存并用于夜間飛行。在無動力滑翔狀態(tài)，依靠捕捉上升氣流，增加留空的時間。在動力飛行狀態(tài)，依靠儲存的能量改變航向或爬升高度。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 從設(shè)計一架長航時飛機出發(fā)，創(chuàng)造出一架飛行時間更長，載重更大的太陽能飛機，使其適用于各種不同任務(wù)，并由此發(fā)展出一系列翼展不同，適應(yīng)性廣的載機平臺。 由太陽能載機的各項需求，在設(shè)計中，將選用柔性薄膜太陽能電池作為能源，高效的飛翼布局和高效率的太陽能電源管理設(shè)備。 新布局：相較于采用常規(guī)布局的太陽能飛機，飛翼布局較高的結(jié)構(gòu)效率和氣動效率，在減少飛機的重量和尺寸的同時，能夠提高其載荷能力。而且該布局更大范圍的采光面積也同樣有利于太陽能收集。 更高效的能源系統(tǒng)：高能量密度和高效率的儲能器技術(shù)將大大降低全機重量，有利于節(jié)省能源，提供更加持久的續(xù)航時間，柔性的太陽能電池的選用在不破壞氣動效率的前提下增加發(fā)電量。
科學(xué)性、先進性
- 采用柔性飛翼布局的“太陽神”由于其飛行中遭遇強湍流，引起兩個翼端向上彎，超出飛機結(jié)構(gòu)的扭曲極限而解體。而“綠色先鋒”采用復(fù)合飛翼布局，一方面增加了其攝取陽光的表面積和結(jié)構(gòu)強度，但是另一方面確增加了其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，飛行阻力和重量大增。 與他們相比較，“夸父”的布局優(yōu)勢是相當(dāng)明顯的。結(jié)構(gòu)更簡單，強度更高。 “夸父”沒有首創(chuàng)地采用柔性薄膜電池和鋰聚合物電池，但是，其選取當(dāng)前最好最適用的電池，并采用提高效率的峰值功率追蹤器。整個能源系統(tǒng)的設(shè)計更高效，能夠提供更加持久的續(xù)航時間。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 暫無
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 成套設(shè)備引進和轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 模型以及圖片
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 適用性廣： 移動通信中繼，發(fā)生地震、洪災(zāi)或者森林火災(zāi)時，可以替代中斷的通信，使受災(zāi)地區(qū)與外界保持聯(lián)絡(luò)； 天氣研究和預(yù)報，在臺風(fēng)上空飛行，跟蹤和檢測暴風(fēng)雨； 環(huán)境監(jiān)控平臺，石油、天然氣管道、高壓線巡視，農(nóng)業(yè)、機場驅(qū)鳥，遙感測量； 空中指揮系統(tǒng)，在預(yù)定空域長時間盤旋偵查敵情，校炮或者為戰(zhàn)機指引攻擊目標。
同類課題研究水平概述
- 1974年11月4日，世界上第一架太陽能飛機Sunrise I在4096塊太陽電池的驅(qū)動下緩緩地離開了地面，這次成功的飛行標志著太陽能飛行時代的來臨。此后的二十幾年中，由于相關(guān)技術(shù)的落后，太陽能飛機發(fā)展緩慢。直到20世紀末，隨著太陽電池效率、二次電源能量密度的提高，以及微電子技術(shù)、新材料技術(shù)等的發(fā)展，太陽能飛機終于駛上了飛速發(fā)展的快車道。 1.Sunbeam I,“百人隊長”（Centurion）,“太陽神”（Helios）,SoLong ,西風(fēng)（Zephyr）（美國） 2.“墨卡托”（Mecrator）（英國） 3.“太陽能平臺”（Heliplat）（意大利） 4.“陽光動力”（Solar Impulse）,“天空使者”Sky-sailor（瑞士） 5.“綠色先鋒”(中國) 篇幅有限，不一一概述，主要特點如下： 機體平臺，大多采用成熟的常規(guī)氣動布局，部分采用新型布局，如，柔性飛翼、復(fù)合飛翼布局。 能源系統(tǒng)，目前多數(shù)采用的為轉(zhuǎn)化效率15%~20%的單晶硅太陽電池，部分采用了多晶硅太陽電池。儲能器多為能量密度150Wh/kg左右的鋰電池，部分太陽能飛機采用了爬高方式儲能或能量密度450~600Wh/kg的可再生燃料電池儲能。 推進系統(tǒng)。多采用分布式推進系統(tǒng)，并以直驅(qū)方式為主，只在小型太陽能飛機上采用減速驅(qū)動方式以提高螺旋槳效率。
