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備是“夸父 ”的關鍵。白晝收集到的太陽能,部分用于動力推進和電子設備,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:
- 太陽能飛機是應用太陽能電池,將太陽能輻射直接轉換為電能。太陽能電池無運動部件,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,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、飛翼簡單的構造有利于結構強度的增加和結構重量的減小,減少大展弦比帶來的種種隱患,降低了技術風險的同時,建造成本也更低。 4、飛翼布局主體是寬敞的機翼,除了機體內方便布置控制設備、電池和各種設備外,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)??尚械臋M向載重設計使載荷和飛機自身重量更均衡地分配在翼面上。消除了對過多的結構重量的需要。 同時為了降低全機重量,機翼將采用先進的復合材料制造,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,并集成于機翼結構內部。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構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。
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 從設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,并由此發(fā)展出一系列翼展不同,適應性廣的載機平臺。 由太陽能載機的各項需求,在設計中,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,飛翼布局較高的結構效率和氣動效率,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,超出飛機結構的扭曲極限而解體。而“綠色先鋒”采用復合飛翼布局,一方面增加了其攝取陽光的表面積和結構強度,但是另一方面確增加了其結構的復雜性,飛行阻力和重量大增。 與他們相比較,“夸父”的布局優(yōu)勢是相當明顯的。結構更簡單,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。
獲獎情況及鑒定結果
- 暫無
作品所處階段
- 實驗室階段
技術轉讓方式
- 成套設備引進和轉讓
作品可展示的形式
- 模型以及圖片
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 適用性廣: 移動通信中繼,發(fā)生地震、洪災或者森林火災時,可以替代中斷的通信,使受災地區(qū)與外界保持聯絡; 天氣研究和預報,在臺風上空飛行,跟蹤和檢測暴風雨; 環(huán)境監(jiān)控平臺,石油、天然氣管道、高壓線巡視,農業(yè)、機場驅鳥,遙感測量; 空中指揮系統(tǒng),在預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,由于相關技術的落后,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、新材料技術等的發(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(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、復合飛翼布局。 能源系統(tǒng),目前多數采用的為轉化效率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),并以直驅方式為主,只在小型太陽能飛機上采用減速驅動方式以提高螺旋槳效率。