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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 仿鷗式翼太陽(yáng)能飛機(jī)的設(shè)計(jì)與樣機(jī)制作
- 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A類
- 簡(jiǎn)介：
- 1、太陽(yáng)能飛機(jī)的意義非凡，特別是長(zhǎng)航時(shí)太陽(yáng)能飛機(jī)，可用于高空（大于20000米）進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的飛行，用于通訊、偵察、監(jiān)視、資源勘探等，甚至代替衛(wèi)星，但比發(fā)射衛(wèi)星的成本低許多，將來(lái)在民用、軍用領(lǐng)域都將有巨大應(yīng)用價(jià)值和廣闊的前景。2、使用綠色環(huán)保新能源，低碳概念，符合國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略，符合能源使用的發(fā)展趨勢(shì)、緩解能源危機(jī)。
- 詳細(xì)介紹：
- 我們所設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能飛機(jī)有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1、仿生學(xué)運(yùn)用，氣動(dòng)效率高。模仿海鷗翅膀構(gòu)造，它飛行時(shí)速度低，可以慢速滑翔，只要有一點(diǎn)飛行速度或上升氣流，就足以維持飛行，節(jié)省能量。本太陽(yáng)能飛機(jī)將機(jī)翼翼型仿照海鷗翅膀截面形狀，使得飛機(jī)具有更高的氣動(dòng)效率，達(dá)到降低飛機(jī)耗能的目的，使飛機(jī)耗能少。其技術(shù)關(guān)鍵是使飛機(jī)完全靠自身太陽(yáng)能電池板供電就可使飛機(jī)長(zhǎng)時(shí)間飛行。2、尺寸小。本課題設(shè)計(jì)制作的太陽(yáng)能飛機(jī)尺寸小，重量輕。3、采用新型太陽(yáng)能薄膜電池。使用專門的高效太陽(yáng)能薄膜電池，能量轉(zhuǎn)換效率高。4、結(jié)構(gòu)新。大量使用碳纖維材料，并將機(jī)翼設(shè)計(jì)成雙梁結(jié)構(gòu)，并且全部貼碳片提高強(qiáng)度，大大提高了機(jī)翼強(qiáng)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)
- 目的：一、積累研究經(jīng)驗(yàn)，為今后太陽(yáng)能飛機(jī)的研究和發(fā)展提供結(jié)構(gòu)、氣動(dòng)的參考方向。二、證明可再生能源和清潔能源技術(shù)的潛力，使太陽(yáng)能飛機(jī)向?qū)嵱没较虬l(fā)展，并向社會(huì)推廣普及。思路是首先了解海鷗的飛行特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出具有仿生機(jī)翼的樣機(jī)，使之更符合空氣動(dòng)力學(xué)，然后加工出試驗(yàn)樣機(jī)。希望飛機(jī)只需少量太陽(yáng)能電池板提供的電力就足以維持長(zhǎng)時(shí)間的飛行，最終實(shí)現(xiàn)高效率、長(zhǎng)航時(shí)自主飛行，能加裝有效載荷并投入運(yùn)用。創(chuàng)新點(diǎn)：1、 仿生學(xué)運(yùn)用，氣動(dòng)效率高。據(jù)研究，滑翔技巧超群的應(yīng)數(shù)海鷗，它滑翔時(shí)的飛行速度，僅19公里每小時(shí)，是滑翔速度最慢的鳥(niǎo)類，只要有一點(diǎn)上升氣流，就足可以托住它不至掉下，而且巧妙地利用氣流慢慢悠悠地滑翔。因而我們將機(jī)翼翼型仿照海鷗翅膀截面形狀，使得飛機(jī)外形更符合空氣動(dòng)力學(xué)，達(dá)到降低飛機(jī)耗能的目的，使飛機(jī)耗能少。其技術(shù)關(guān)鍵是使太陽(yáng)能飛機(jī)完全靠自身太陽(yáng)能電池板發(fā)電使飛機(jī)長(zhǎng)時(shí)間飛行。 體積小。我們所設(shè)計(jì)制作的太陽(yáng)能飛機(jī)形體小。要將太陽(yáng)能飛機(jī)送上藍(lán)天，必須嚴(yán)格控制整機(jī)重量，所以我們將大量使用碳纖維材料，使用專門的太陽(yáng)能薄膜電池，線路連接上使用特制的導(dǎo)電膠帶。 結(jié)構(gòu)新。小型太陽(yáng)能飛機(jī)對(duì)機(jī)翼的強(qiáng)度要求非常嚴(yán)格。對(duì)于一般航模飛機(jī)，其機(jī)翼只需承擔(dān)模型飛機(jī)的飛行重量及相應(yīng)的氣動(dòng)載荷。而太陽(yáng)能飛機(jī)還要額外承擔(dān)太陽(yáng)能電池板的載荷。將機(jī)翼設(shè)計(jì)成雙梁結(jié)構(gòu)，并且全部貼碳片提高強(qiáng)度，大大提高了機(jī)翼強(qiáng)度。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 我們所設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能飛機(jī)主要是使它能夠長(zhǎng)航時(shí)飛行。而與現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外一些設(shè)計(jì)太陽(yáng)能飛機(jī)的不同之處有：1、尺寸比較小；2、質(zhì)量更輕，利于飛行；3、具有長(zhǎng)航時(shí)的特點(diǎn)；4、飛機(jī)外形更符合空氣動(dòng)力學(xué)（運(yùn)用海鷗仿生學(xué)），有利于提高飛行性能和增加飛行時(shí)間；5、使用新型高效率太陽(yáng)能薄膜電池。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 參加了2010年山東省萊蕪市“雪野湖”杯全國(guó)航模錦標(biāo)賽。（注：由于天氣原因，沒(méi)有拍攝飛行視頻和舉行現(xiàn)場(chǎng)表演，未獲獎(jiǎng)） 二、參加了深圳電動(dòng)汽車車展會(huì)，并受到好評(píng)。
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段，樣機(jī)已經(jīng)做出，已經(jīng)試飛過(guò)，未錄制視頻錄像
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 1、實(shí)物、產(chǎn)品2、模型 圖紙3、圖片4、樣品
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)
- 機(jī)是通過(guò)遙控操縱飛行的，與航模相比，除了提供能源的方式不同之外，其他與航空模型一樣，而且與一般太陽(yáng)能飛機(jī)不同的是，它具有尺寸小、重量輕、運(yùn)用仿生翼型和長(zhǎng)航時(shí)等特點(diǎn)。該太陽(yáng)能飛機(jī)投入使用后，可用于氣象探測(cè)、偵察、巡邏以及收集信息等。 太陽(yáng)能是一種清潔、高效和永不衰竭的新能源。如果飛機(jī)能完全依靠太陽(yáng)能飛行，那么將會(huì)緩解能源危機(jī)這一問(wèn)題，而且不會(huì)污染環(huán)境，符合當(dāng)今世界提倡的可持續(xù)發(fā)展思想。 在不久的將來(lái)，化石燃料將會(huì)終結(jié)，太陽(yáng)能將會(huì)是主要能源。所以在不久的將來(lái)，不僅僅是飛機(jī)靠太陽(yáng)能來(lái)飛行，還有許許多多的能源來(lái)源都得依靠太陽(yáng)能。所以那時(shí)人們的生活將離不開(kāi)太陽(yáng)能，因而發(fā)展長(zhǎng)航時(shí)太陽(yáng)能飛機(jī)將會(huì)具有潛在的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
同類課題研究水平概述
- 太陽(yáng)能飛機(jī)已有30多年的歷史，總體來(lái)說(shuō)還處于試驗(yàn)階段。近幾年在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展情況如下： 國(guó)外近些年主要有以下幾架比較好的太陽(yáng)能飛機(jī)：1、.Sunbeam I 太陽(yáng)能飛機(jī)；2、 SoLong太陽(yáng)能飛機(jī)；3、墨卡托（Mecrator）太陽(yáng)能飛機(jī)；4. HELIPLAT太陽(yáng)能飛機(jī)；5、"太陽(yáng)神"（Helios）太陽(yáng)能飛機(jī)；6、SOLAR IMPULSE太陽(yáng)能飛機(jī)。這六架飛機(jī)都是非常出名的太陽(yáng)能飛機(jī)，它們飛行的時(shí)間都比較長(zhǎng)，也實(shí)現(xiàn)了載人。但是離民用還用一段距離，因?yàn)樘?yáng)能電池板的轉(zhuǎn)換率很低，一定面積的太陽(yáng)能電池板轉(zhuǎn)換的電能很低，難以載起較重的物體，而如果增加電池板的數(shù)量來(lái)增加總的電能，又會(huì)增加飛機(jī)的重量（電池板很重，占太陽(yáng)能飛機(jī)總重量的44%左右），會(huì)更加不利于飛行。所以想提高太陽(yáng)能飛機(jī)的飛行時(shí)間除了增加電池板的轉(zhuǎn)換率，還有就是設(shè)計(jì)更好的氣動(dòng)布局以及運(yùn)用更輕、更牢固的材料。 我國(guó)對(duì)太陽(yáng)能飛機(jī)的研究起于近幾年，雖然時(shí)間很短，但是也取得了較好的成就。在2002年珠海航展上展出的“綠色先鋒”太陽(yáng)能飛機(jī)，它是一架“復(fù)合飛翼”式太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)模型?！≡摍C(jī)1／2比例的技術(shù)驗(yàn)證機(jī)續(xù)航速度每小時(shí)60公里，續(xù)航時(shí)間大于10小時(shí)，活動(dòng)半徑大于10公里，設(shè)計(jì)升限5000米。相信整機(jī)實(shí)現(xiàn)試飛時(shí)，這些數(shù)據(jù)都將大大超過(guò)技術(shù)驗(yàn)證機(jī)的水平。 綜合以上，我們知道太陽(yáng)能飛機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)是： 太陽(yáng)能飛機(jī)將采用新布局、新材料和新工藝來(lái)提高飛機(jī)結(jié)構(gòu)效率和氣動(dòng)效率，降低飛機(jī)的重量，減小飛機(jī)的尺寸，提高載荷能力。發(fā)展新的飛行控制技術(shù)，提高飛機(jī)的安全性和可靠性。發(fā)展小型的太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)，并向微型化發(fā)展。 能源系統(tǒng)將采用更高效的太陽(yáng)電池和儲(chǔ)能器。單晶硅太陽(yáng)電池的效率將逐步提高，此外高效柔性薄膜太陽(yáng)電池可與機(jī)體曲面貼合。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。 三、太陽(yáng)能飛機(jī)的推進(jìn)系統(tǒng)將采用新型高效的電機(jī)和螺旋槳。HELIPLAT項(xiàng)目已經(jīng)在研制一種更為高效的軸向磁通電機(jī)，它低速大轉(zhuǎn)矩特性和高的功率重量比將顯著提高推進(jìn)系統(tǒng)的效率并降低其重量。低雷諾數(shù)空氣動(dòng)力學(xué)的發(fā)展將逐步提高螺旋槳的效率。
