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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 新型布局長(zhǎng)航時(shí)載機(jī)--“夸父”飛翼布局太陽(yáng)能飛機(jī)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- “夸父”，作為飛翼布局太陽(yáng)能飛機(jī)的初始設(shè)計(jì)，以超輕量柔性太陽(yáng)能電池作為能源維持它長(zhǎng)時(shí)間留空。高效的飛翼布局和高效率的太陽(yáng)能電源管理設(shè)備是“夸父 ”的關(guān)鍵。白晝收集到的太陽(yáng)能，部分用于動(dòng)力推進(jìn)和電子設(shè)備，另一部分則是儲(chǔ)存并用于夜間飛行。在無(wú)動(dòng)力滑翔狀態(tài)，依靠上升氣流，增加留空的時(shí)間。在動(dòng)力飛行狀態(tài)，改變航向或爬升高度。
- 詳細(xì)介紹：
- 太陽(yáng)能飛機(jī)是應(yīng)用太陽(yáng)能電池，將太陽(yáng)能輻射直接轉(zhuǎn)換為電能。太陽(yáng)能電池?zé)o運(yùn)動(dòng)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(zhǎng)航時(shí)飛機(jī)的能源。多個(gè)太陽(yáng)能電池為一個(gè)組件，而多個(gè)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(yáng)能飛機(jī)采用飛翼布局的五大優(yōu)勢(shì) 1、飛翼式布局省去了常規(guī)的機(jī)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(jī)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(guò)來(lái)說(shuō)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(jiǎn)單的構(gòu)造有利于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的增加和結(jié)構(gòu)重量的減小，減少大展弦比帶來(lái)的種種隱患，降低了技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，建造成本也更低。 4、飛翼布局主體是寬敞的機(jī)翼，除了機(jī)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(yáng)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(jì)使載荷和飛機(jī)自身重量更均衡地分配在翼面上。消除了對(duì)過(guò)多的結(jié)構(gòu)重量的需要。 同時(shí)為了降低全機(jī)重量，機(jī)翼將采用先進(jìn)的復(fù)合材料制造，高效柔性薄膜太陽(yáng)能電池作為其蒙皮。同時(shí)采用能量密度要達(dá)到200Wh/kg以上鋰聚合物電池，并集成于機(jī)翼結(jié)構(gòu)內(nèi)部。高效的峰值功率追蹤器時(shí)刻令太陽(yáng)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(jìn)一步穩(wěn)定能源。 1、柔性薄膜太陽(yáng)電池可與機(jī)體曲面貼合，氣動(dòng)效率大大提高。 2、高能量密度的儲(chǔ)能器和合理能源結(jié)構(gòu)將大大降低全機(jī)重量，減低功耗。 3、峰值功率追蹤器提高從太陽(yáng)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(yáng)能電池供電不穩(wěn)定的難題。 5、白晝收集到的太陽(yáng)能，一部分用于動(dòng)力推進(jìn)和電子設(shè)備，另一部分則是儲(chǔ)存并用于夜間飛行。在無(wú)動(dòng)力滑翔狀態(tài)，依靠捕捉上升氣流，增加留空的時(shí)間。在動(dòng)力飛行狀態(tài)，依靠?jī)?chǔ)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(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 從設(shè)計(jì)一架長(zhǎng)航時(shí)飛機(jī)出發(fā)，創(chuàng)造出一架飛行時(shí)間更長(zhǎng)，載重更大的太陽(yáng)能飛機(jī)，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(jī)平臺(tái)。 由太陽(yáng)能載機(jī)的各項(xiàng)需求，在設(shè)計(jì)中，將選用柔性薄膜太陽(yáng)能電池作為能源，高效的飛翼布局和高效率的太陽(yáng)能電源管理設(shè)備。 新布局：相較于采用常規(guī)布局的太陽(yáng)能飛機(jī)，飛翼布局較高的結(jié)構(gòu)效率和氣動(dòng)效率，在減少飛機(jī)的重量和尺寸的同時(shí)，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(yáng)能收集。 更高效的能源系統(tǒng)：高能量密度和高效率的儲(chǔ)能器技術(shù)將大大降低全機(jī)重量，有利于節(jié)省能源，提供更加持久的續(xù)航時(shí)間，柔性的太陽(yáng)能電池的選用在不破壞氣動(dòng)效率的前提下增加發(fā)電量。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 采用柔性飛翼布局的“太陽(yáng)神”由于其飛行中遭遇強(qiáng)湍流，引起兩個(gè)翼端向上彎，超出飛機(jī)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(yáng)光的表面積和結(jié)構(gòu)強(qiáng)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(shì)是相當(dāng)明顯的。結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，強(qiáng)度更高。 “夸父”沒(méi)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(gè)能源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更高效，能夠提供更加持久的續(xù)航時(shí)間。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 暫無(wú)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 成套設(shè)備引進(jìn)和轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 模型以及圖片
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 適用性廣： 移動(dòng)通信中繼，發(fā)生地震、洪災(zāi)或者森林火災(zāi)時(shí)，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(bào)，在臺(tái)風(fēng)上空飛行，跟蹤和檢測(cè)暴風(fēng)雨； 環(huán)境監(jiān)控平臺(tái)，石油、天然氣管道、高壓線巡視，農(nóng)業(yè)、機(jī)場(chǎng)驅(qū)鳥(niǎo)，遙感測(cè)量； 空中指揮系統(tǒng)，在預(yù)定空域長(zhǎng)時(shí)間盤旋偵查敵情，校炮或者為戰(zhàn)機(jī)指引攻擊目標(biāo)。
同類課題研究水平概述
- 1974年11月4日，世界上第一架太陽(yáng)能飛機(jī)Sunrise I在4096塊太陽(yáng)電池的驅(qū)動(dòng)下緩緩地離開(kāi)了地面，這次成功的飛行標(biāo)志著太陽(yáng)能飛行時(shí)代的來(lái)臨。此后的二十幾年中，由于相關(guān)技術(shù)的落后，太陽(yáng)能飛機(jī)發(fā)展緩慢。直到20世紀(jì)末，隨著太陽(yáng)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(yáng)能飛機(jī)終于駛上了飛速發(fā)展的快車道。 1.Sunbeam I,“百人隊(duì)長(zhǎng)”（Centurion）,“太陽(yáng)神”（Helios）,SoLong ,西風(fēng)（Zephyr）（美國(guó)） 2.“墨卡托”（Mecrator）（英國(guó)） 3.“太陽(yáng)能平臺(tái)”（Heliplat）（意大利） 4.“陽(yáng)光動(dòng)力”（Solar Impulse）,“天空使者”Sky-sailor（瑞士） 5.“綠色先鋒”(中國(guó)) 篇幅有限，不一一概述，主要特點(diǎn)如下： 機(jī)體平臺(tái)，大多采用成熟的常規(guī)氣動(dòng)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(yáng)電池，部分采用了多晶硅太陽(yáng)電池。儲(chǔ)能器多為能量密度150Wh/kg左右的鋰電池，部分太陽(yáng)能飛機(jī)采用了爬高方式儲(chǔ)能或能量密度450~600Wh/kg的可再生燃料電池儲(chǔ)能。 推進(jìn)系統(tǒng)。多采用分布式推進(jìn)系統(tǒng)，并以直驅(qū)方式為主，只在小型太陽(yáng)能飛機(jī)上采用減速驅(qū)動(dòng)方式以提高螺旋槳效率。
