CN102424107A

CN102424107A - 一种太阳能飞机的制作方法

Info

Publication number: CN102424107A
Application number: CN2011103003239A
Authority: CN
Inventors: 孙康文; 王斐然; 祝明; 吕明云; 武哲
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2011-09-29
Filing date: 2011-09-29
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2031-09-29
Also published as: CN102424107B

Abstract

一种太阳能飞机的制作方法，其技术方案有步骤如下：(1)原材料及部件采购；(2)太阳能电池基板和肋板裁切；(3)碳纤维杆形主梁和筋条裁切；(4)机翼/平尾主体骨架粘结；(5)补偿圆弧片切；(6)太阳能电池片焊接；(7)太阳能电池串焊接；(8)太阳能电池串与太阳能电池基板粘结；(9)补偿圆弧粘贴；(10)表面敷膜热封；(11)襟翼、副翼、舵面安装及相应输电线缆引出；(12)碳纤维杆形机身和对插件裁切；(13)飞机其它相关部件安装；(14)整机试飞前综合调试。其优点是：可以在保持太阳能电池串输出高效的同时，尽量提高有限面积上的太阳能利用率，降低自重，改善机翼/平尾表面气动特性。

Description

一种太阳能飞机的制作方法

一、技术领域：

本发明提供一种太阳能飞机的制作方法，属于太阳能光伏技术与无人机技术交叉领域。

二、背景技术：

现有的太阳能飞机主要是将太阳能电池按设计要求铺设于飞机的机翼/平尾上表面，受翼型曲率的影响，对于小型太阳能飞机，需选用尺寸小于标准片(标准型尺寸125mm×125mm，156mm×156mm)的非标准太阳能电池片，既浪费有限的机翼面积，又无法达到电池模块，甚至电池阵的高效输出；此外，电池片的有效保护和可靠封装还需占用额外的设计重量。为解决上述问题，采用太阳能电池片内埋式的机翼/平尾设计结构。

三、发明内容：

本发明的目的在于提供一种太阳能飞机的制作方法，利用该制作方法制造的太阳能飞机可以在保持电池组件输出特性高效的情况下，尽量提高有限面积上的太阳能利用率，降低自重，改善机翼/平尾表面的气动特性。

根据本发明制造的太阳能飞机除机翼/平尾结构、筋条、机翼/平尾主梁、机身、机身与机翼主梁的对插件外，其它组成部分均与常规太阳能飞机相同，包括垂尾、电动机、螺旋桨、锂电池、电源管理模块、连接件及相应的输电线缆。其中机翼/平尾采用内埋式的结构形式将太阳能电池片安装在翼肋之间的平板上，再在机翼/平尾表面敷以透明薄膜以保证太阳能电池的有效输出；筋条、机翼/平尾主梁、机身、机身与机翼主梁的对插件均采用不同截面的碳纤维杆裁切而成。

本发明一种太阳能飞机的制作方法，其技术方案是通过设计合理的支撑结构将太阳能电池片内埋于机翼/平尾内部，再根据翼型结构在机翼/平尾表面敷以透明薄膜，既保证机翼/平尾表面良好的气动特性，又保证机翼/平尾内部的太阳能电池可有效输出。具体步骤如下：

1)根据太阳能飞机总体方案的设计要求裁剪机翼/平尾肋板1，并裁切出必要的减轻孔；

2)根据太阳能电池片的宽度(125mm或156mm)，加上5-10mm必要的间隙，在肋板1上裁切出相应的直线段，用以与太阳能电池基板2粘结；

3)根据肋板1上直线段的长度和位置，裁切相应的补偿圆弧5；

4)以碳纤维圆杆作为机翼/平尾的主梁4和筋条3，间隔1个或多个太阳能电池片7的长度用环氧树脂胶将肋板1粘贴在碳纤维主梁4和筋条3上；

5)按太阳能飞机总体方案的设计要求裁剪太阳能电池基板2；

6)将太阳能电池基板2用环氧树脂胶与机翼/平尾肋板1粘贴，必要时可在基板2与肋板1连接处用环氧树脂胶粘贴相应的“L”型加强片；

7)按太阳能飞机总体方案的设计要求在太阳能电池基板2上绘制出由太阳能电池片7串焊而成的太阳能电池串的定位边界线；

8)按太阳能飞机总体方案的设计要求进行太阳能电池片7的单片焊接和串联焊接，电烙铁温度设定在350-380℃，串接模板下的保温板温度设定在40-60℃；

9)根据太阳能电池串的定位线在太阳能电池基板2上粘贴环氧树脂胶膜，并敷上相应的太阳能电池串；

10)将调温式电吹风的温度设定在90-120℃，对所有太阳能电池片7进行1-3分钟的持续加热，使太阳能电池片7与太阳能电池基板2粘结牢靠，检测太阳能电池串的输出电压是否正常；

11)在太阳能电池基板2上肋板1的对应位置处粘贴补偿圆弧5，检测太阳能电池串的输出电压是否正常；

12)根据机翼/平尾的长度、肋板1的周长，加上必要的热合缝宽度，裁剪机翼/平尾表面的透明敷膜6；

13)将调温式电吹风的温度设定在160-180℃，对机翼/平尾表面的透明敷膜进行热封，持续加热时间在5-10分钟左右，检测太阳能电池串的输出电压是否正常；

14)安装必要的襟翼、副翼、舵面，引出相应的输电线缆并进行串并联连接；

15)利用碳纤维杆裁切机身8和机身8与机翼/平尾主梁的对插件，并在机身8上开出相应的孔槽，用以安装对插件、电动机、螺旋桨、锂电池、电源管理模块及相应的输电线缆等；

16)将机翼/平尾主梁4与机身8上的对插件连接，同时，安装太阳能飞机其它相应的部件，如：垂尾、电动机、螺旋桨、锂电池、电源管理模块、连接件及相应的输电线缆；

17)对太阳能飞机进行试飞前的调试，测试电机的实际输出拉力是否满足设计要求、太阳能电池/锂电池间是否能进行正常的切换。

其中，肋板1和太阳能电池基板2可采用轻木板或玻璃纤维蜂窝板或碳纤维蜂窝板制成；

其中，补偿圆弧5可采用轻木板制成；

其中，“L”型加强片可采用碳纤维层合板或玻璃纤维层合板制成；

其中，太阳能电池基板2如采用碳纤维蜂窝板时，需在上再敷一层绝缘薄膜(如聚酰亚胺薄膜)，如采用玻璃纤维蜂窝板时则不需要；

其中，为保证电池串输出的高效性，太阳能电池串的焊接应在百万级以上的洁净室内完成；

其中，透明敷膜6可采用改性的PET膜或透明TPT膜，也可以采用透光率＞90％且具有一定热熔性或热粘性的薄膜。

本发明一种太阳能飞机的制造方法，根据本方法制造的太阳能飞机具有以下优点：可以在保持电池组件输出特性高效的情况下，尽量提高有限面积上的太阳能利用率，降低自重，改善机翼/平尾表面的气动特性。

四、附图说明：

图1为本发明应用到某具体太阳能飞机实施例中的结构示意图；

图2为本发明应用到太阳能飞机制作的流程图。

图中标号说明如下：

1.肋板，2.太阳能电池基板，3.碳纤维筋条4.碳纤维主梁，

5.补偿圆弧，6.透明敷膜，7.太阳能电池片，8.碳纤维机身。

五、具体实施方式：

下面结合图1，对本发明中的太阳能飞机的制作方法作进一步的说明：

整个制作过程的流程如图2所示，其步骤如下：

1.原材料采购、检验，保证用于机翼/平尾制作的碳纤维杆、玻璃纤维蜂窝夹层板满足设计承载及变形要求，保证用于机身8制作的碳纤维杆在进行必要的裁剪后仍能满足设计承载要求，保证用于补偿圆弧5制作的轻木板质地均匀；保证用于粘结的环氧树脂胶膜和胶粘剂满足设计所需的强度要求；保证所采购的125型(125mm×125mm)太阳能电池片7无损伤，保证作为透明敷膜6的改性PET透光率＞90％；保证所购的电机、螺旋桨、锂电池、电源管理模块满足设计要求；

2.根据总体方案设计要求，利用选购的碳纤维蜂窝夹层板在激光切割机下裁切出所需的太阳能电池基板2和肋板1及其减轻孔，在太阳能电池基板2上绘制出太阳能电池串的定位边界线，在肋板1上根据125型太阳能电池片7的宽度加上10mm的间隙裁切出相应的直线段；

3.根据总体方案设计要求，利用选购的碳纤维杆在砂轮机下裁切出所需尺寸和截面的主梁4和筋条3；

4.调配环氧树脂胶粘剂，根据总体方案设计要求，间隔1个太阳能电池片7的长度用环氧树脂胶将肋板粘贴1在碳纤维主梁4和筋条3上，完成机翼、平尾主体骨架的粘结；

5.根据总体方案设计要求，利用选购的轻木板在激光切割机下进行补偿圆弧5的片切；

6.利用电烙铁进行太阳能电池单片7的焊接，电烙铁温度设定在360℃；

7.根据总体方案设计要求，利用电烙铁和串接模板进行太阳能电池片7的串联焊接，电烙铁温度设定在360℃，串接模板下的保温板温度设定在50℃；

8.根据太阳能电池基板2的形状进行环氧树脂胶膜的裁剪；

9.利用环氧树脂胶膜将太阳能电池串按太阳能电池基板2上的定位线进行粘贴，并利用调温式电吹风对太阳能电池串上的所有太阳能电池片7进行3分钟的持续加热，使太阳能电池串与太阳能电池基板2粘结牢靠，检测太阳能电池串的输出电压是否正常，其中调温式电吹风的温度设定在100℃；

10.调配环氧树脂胶粘剂，在太阳能电池基板2上肋板1的对应位置处粘贴补偿圆弧5，检测太阳能电池串的输出电压是否正常；

11.根据机翼/平尾的长度、肋板的周长，加上必要的热合缝宽度，裁剪机翼/平尾表面的透明敷膜6改性PET，并在相应的位置标出热合缝范围；

12.调配环氧树脂胶粘剂，将其均匀的涂抹在改性PET上热合缝的相应位置；

13.对机翼/平尾进行改性PET的包敷，并利用夹板将其压紧；

14.将调温式电吹风的温度设定在180℃，对机翼/平尾表面的改性PET膜进行热封，持续加热时间为8分钟，检测太阳能电池串的输出电压是否正常；

15.安装必要的襟翼、副翼、舵面，引出相应的输电线缆并进行串并联连接；

16.根据总体方案设计要求，利用选购的碳纤维杆在砂轮机下裁切出所需的机身8和机身8与机翼/平尾主梁的对插件，同时，利用砂轮机和锉刀在机身的必要部位开出安装对插件、电动机、螺旋桨、锂电池、电源管理模块及相应的输电线缆等的孔洞；

17.将机翼/平尾主梁4与机身8上的对插件安装孔连接，同时，根据总体方案设计要求，安装太阳能飞机其它相应的部件，如：垂尾、电动机、螺旋桨、锂电池、电源管理模块、连接件及相应的输电线缆；

18.对太阳能飞机进行试飞前的调试，测试电机的实际输出拉力是否满足设计要求、太阳能电池/锂电池间是否能进行正常的切换。

Claims

1.一种太阳能飞机的制作方法，其特征在于：其具体步骤如下：

步骤1-根据太阳能飞机总体方案的设计要求裁剪机翼/平尾肋板，并裁切出必要的减轻孔；

步骤2-根据太阳能电池片的宽度(125mm或156mm)，加上5-10mm必要的间隙，在肋板上裁切出相应的直线段，用以与太阳能电池基板2粘结；

步骤3-根据肋板上直线段的长度和位置，裁切相应的补偿圆弧；

步骤4-以碳纤维圆杆作为机翼/平尾的主梁和筋条，间隔1个或多个太阳能电池片的长度用环氧树脂胶将肋板粘贴在碳纤维主梁和筋条上；

步骤5-按太阳能飞机总体方案的设计要求裁剪太阳能电池基板；

步骤6-将太阳能电池基板用环氧树脂胶与机翼/平尾肋板粘贴，必要时可在基板与肋板连接处用环氧树脂胶粘贴相应的“L”型加强片；

步骤7-按太阳能飞机总体方案的设计要求在太阳能电池基板上绘制出由太阳能电池片串焊而成的太阳能电池串的定位边界线；

步骤8-按太阳能飞机总体方案的设计要求进行太阳能电池片的单片焊接和串联焊接，电烙铁温度设定在350-380℃，串接模板下的保温板温度设定在40-60℃；

步骤9-根据太阳能电池串的定位线在太阳能电池基板上粘贴环氧树脂胶膜，并敷上相应的太阳能电池串；

步骤10-将调温式电吹风的温度设定在90-120℃，对所有太阳能电池片进行1-3分钟的持续加热，使太阳能电池片与太阳能电池基板粘结牢靠，检测太阳能电池串的输出电压是否正常；

步骤11-在太阳能电池基板上肋板的对应位置处粘贴补偿圆弧，检测太阳能电池串的输出电压是否正常；

步骤12-根据机翼/平尾的长度、肋板的周长，加上必要的热合缝宽度，裁剪机翼/平尾表面的透明敷膜；

步骤13-将调温式电吹风的温度设定在160-180℃，对机翼/平尾表面的透明敷膜进行热封，持续加热时间在5-10分钟左右，检测太阳能电池串的输出电压是否正常；

步骤14-安装必要的襟翼、副翼，引出相应的输电线缆并进行串并联连接；

步骤15-利用碳纤维杆裁切机身和机身与机翼/平尾主梁的对插件，并在机身上开出相应的孔槽，用以安装对插件、电动机、螺旋桨、锂电池、电源管理模块及相应的输电线缆等；

步骤16-将机翼/平尾主梁与机身上的对插件连接，同时，安装太阳能飞机其它相应的部件，如：垂尾、电动机、螺旋桨、锂电池、电源管理模块、连接件及相应的输电线缆；

步骤17-对太阳能飞机进行试飞前的调试，测试电机的实际输出拉力是否满足设计要求、太阳能电池/锂电池间是否能进行正常的切换。

2.根据权利要求1所述的太阳能飞机，其特征在于：该太阳能电池串采用内埋式结构安装在机翼/平尾内部。

3.根据权利要求1所述的太阳能飞机，其特征在于：为确保机翼/平尾应有的气动特性，采用补偿圆弧还原翼肋的形状。

4.根据权利要求1所述的太阳能飞机，其特征在于：该透明敷膜可采用改性的PET膜或透明TPT膜，也可以采用透光率＞90％且具有一定的热熔性或热粘性的薄膜。

5.根据权利要求1所述的太阳能飞机，其特征在于：筋条、机翼/平尾主梁、机身、机身与机翼主梁的对插件均采用不同截面的碳纤维杆裁切而成。