CN105398561A - 一种太阳能飞行器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于航空飞行器总体设计领域，具体涉及一种太阳能飞行器，包括机翼，所述机翼为矩形翼，储能电池分布固定在机翼内部，机翼上表面铺设太阳能电池；2个机身分别固定在机翼的1/4和3/4弦向位置处；平尾与机翼保持平行，垂尾和平尾相互垂直，两者固定在机身后端；两套动力系统分别固定在2个机身的前端。本发明太阳能飞行器采用双机身布局，并将储能电池分布放于机翼内部，使载荷分散均匀分布，除了考虑升重平衡和推阻平衡之外，还需要了考虑能量平衡，保证飞行器自身保持升力所消耗的能量与太阳电池所获取的能量相当，可实现长时间高空侦察和监视；同时该太阳能飞行器结构具有良好的气动性能，安装方便。

Description

一种太阳能飞行器
技术领域
本发明属于航空飞行器总体设计领域，具体涉及一种太阳能飞行器。
背景技术
临近空间(即高于传统的航空飞行器飞行空域且低于航天飞行器的飞行区域，约为从20千米到100千米之间)长航时飞行技术近年来备受关注，该类型的飞行器因其独特的飞行高度，特别适合于地面持久监测，通信中继等任务。
太阳能飞行器可以设计飞行在临近空间，可以不间断的飞行在临近空间历时数月甚至数年。太阳能飞行器可以完成多样化的任务，在军用领域和民用领域具有广泛的应用前景，如：可以作为不间断中继通信平台，情报/监视/侦察平台，森林火灾早期预警，现代精密农业辅助，油气管道监视，陆地和海洋边界巡逻，环境污染和放射性灾害观察等。
目前太阳能飞行器一般为单机身布局，航电、储能电池等载荷分布较为集中，对于机翼结构刚度提出了非常大的要求，因而飞行器展弦比受到限制。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种结构面密度低、载荷分散的太阳能飞行器。
为解决上述技术问题，本发明提供一种太阳能飞行器，包括机翼、机身、平尾、垂尾、动力系统和储能电池，所述机翼为矩形翼，所述储能电池分布固定在机翼内部，机翼上表面铺设太阳能电池；
2个机身分别固定在机翼的1/4和3/4弦向位置处；
平尾与机翼保持平行，并固定在机身后端；垂尾和平尾相互垂直，并固定在机身后端；
两套动力系统分别固定在2个机身的前端。
进一步，所述太阳能飞行器还包括吊舱，所述吊舱固定在机翼或机身上。
更进一步，所述吊舱固定在机翼下表面全机对称位置处。
进一步，所述机身为杆状机身。
进一步，动力系统的组成构件包括螺旋桨和电机，螺旋桨与电机相连，电机与机身连接。
进一步，所述机翼由四段等截面的矩形翼单元构成，矩形翼单元之间通过接头连接。
更进一步，所述机翼结构包括前缘壳体、主梁、多个机翼肋板、后缘结构和蒙皮；
多个机翼肋板平行放置形成肋板阵列，在所述机翼肋板的最大厚度处开设有主梁孔；
所述主梁穿过肋板阵列的主梁孔；
相邻两个机翼肋板的前缘之间固定有前缘壳体，其弧形轮廓与机翼肋板的前缘相适应，所述前缘壳体的材料为泡沫；
所述后缘结构的侧面与多个机翼肋板的后缘固定；
所述前缘壳体、主梁、多个机翼肋板以及后缘结构形成骨架，所述蒙皮包裹在骨架结构的表面。
优选地，所述太阳能飞行器还包括第一连接接头，第一连接接头由接头半圆和两个第一耳片构成，接头半圆与机身固连，两个第一耳片与机翼下表面固连。
优选地，所述太阳能飞行器还包括第二连接接头，第二连接接头由接头圆环和至少6个第二耳片构成，机身穿过接头圆环后与接头圆环固连，平尾分成左右对称的左段和右段，左段和右段分别卡入第二连接接头的左侧两个第二耳片中间和右侧两个第二耳片中间后与机身固连，垂尾卡入第二连接接头的上端两个第二耳片中间后与机身固连。
本发明太阳能飞行器采用双机身布局，并将储能电池分布放于机翼内部，使载荷分散均匀分布，除了考虑升重平衡和推阻平衡之外，还需要了考虑能量平衡，保证飞行器自身保持升力所消耗的能量与太阳电池所获取的能量相当，可实现长时间高空侦察和监视；同时该太阳能飞行器结构具有良好的气动性能，安装方便。进一步，增加了无人机机构型的扩展能力，即采用多架单机身无人机在机翼翼梢拼接即可构成超大展弦比飞行器；同时，机翼结构中采用骨架蒙皮结构，结构面密度小。
附图说明
图1是本发明太阳能飞行器的结构示意图。
图2是本发明吊舱安装在机翼下表面的连接示意图。
图3是本发明第一连接接头的结构示意图；
图4是本发明第二连接接头的结构示意图；
图5是本发明的机翼与机身连接处的局部结构示意图；
图6是本发明的平尾、垂尾与机身连接处的局部结构示意图；
图7是本发明动力系统的结构示意图；
图8是本发明机翼的结构示意图；
图9是本发明实施例中机翼肋板的结构示意图；
图10是本发明实施例中机翼肋板平行放置形成肋板阵列的结构示意图；
图11是本发明实施例中机翼的骨架的结构示意图。
具体实施方式
一种太阳能飞行器，如图1所示，包括机翼2、机身3、平尾4、垂尾5、动力系统1和储能电池7，所述机翼2为矩形翼，所述储能电池7分布固定在机翼2内部，机翼2上表面铺设太阳能电池10；
2个机身3分别固定在机翼2的1/4和3/4弦向位置处；
平尾4与机翼2保持平行，并固定在机身3后端；
垂尾5和平尾4相互垂直，并固定在机身3后端；
两套动力系统1分别固定在2个机身3的前端。
进一步，所述太阳能飞行器还包括吊舱6，所述吊舱6固定在机翼2或机身3上。
本发明太阳能飞行器采用双机身布局，并将储能电池分布放于机翼内部，使载荷分散均匀分布，除了考虑升重平衡和推阻平衡之外，还需要了考虑能量平衡，保证飞行器自身保持升力所消耗的能量与太阳电池所获取的能量相当，可实现长时间高空侦察和监视；同时该太阳能飞行器结构具有良好的气动性能，安装方便。
下面结合附图对本发明做进一步描述。
实施例1
一种太阳能飞行器，如图1和图2所示，包括机翼2、机身3、平尾4、垂尾5、动力系统1、吊舱6、储能电池7、第一连接接头8和第二连接接头9，所述吊舱6固定在机翼2下表面全机对称位置处，吊舱6的安装既兼顾飞行器的对称性，又可减少飞行器承受的滚转力矩。
所述储能电池7分布固定在机翼2内部，机翼2上表面铺设太阳能电池10；
如图3所示，第一连接接头8由接头半圆82和两个第一耳片81构成，如图4所示，第二连接接头9由接头圆环92和至少6个第二耳片91构成；
所述机身3为杆状机身，2个机身3分别固定在机翼2的1/4和3/4弦向位置处，杆状机身3既满足机构连接需求，又可使太阳能无人机总体结构简单化。
其中，如图5所示，机身3与接头半圆82固连，机翼2下表面与两个第一耳片81固连。
垂尾5和平尾4固定在机身3末端，其中平尾4与机翼2保持平行，垂尾5和平尾4相互垂直；其中，如图6所示，机身3穿过接头圆环92后与接头圆环92固连，平尾4分成左右对称的左段和右段，左段和右段分别卡入第二连接接头9的左侧两个第二耳片中间和右侧两个第二耳片中间后与机身3固连，垂尾5卡入第二连接接头9的上端两个第二耳片中间后与机身3固连。
两套动力系统1分别固定在2个机身3的前端，如图7所示，动力系统1的组成构件包括螺旋桨11和电机12，螺旋桨11与电机12相连，电机12与机身3连接。螺旋桨11的对称分布可减少每个螺旋桨11的承受的拉力，增加螺旋桨11的安全性。
所述机翼2为矩形翼，所述机翼2由四段等截面的矩形翼单元构成，矩形翼单元之间通过接头连接，等截面矩形机翼制作简单，便于机翼翼梢间的对接。
如图8所示，所述机翼2结构包括前缘壳体21、主梁22、多个机翼肋板23、后缘结构24和蒙皮25；
如图9和图10所示，多个机翼肋板23平行放置形成肋板阵列，在所述机翼肋板23的最大厚度处开设有主梁孔231，侧面开设有多个减重孔232；
所述主梁22穿过肋板阵列的主梁孔231；
相邻两个机翼肋板23的前缘之间固定有前缘壳体21，其弧形轮廓与机翼肋板23的前缘相适应，所述前缘壳体21的材料为泡沫；
所述后缘结构24为夹心梁结构，所述后缘结构24的侧面与多个机翼肋板23的后缘固定；
如图11所示，所述前缘壳体21、主梁22、多个机翼肋板23以及后缘结构24形成骨架，所述蒙皮25包裹在骨架结构的表面。
本实施例机翼结构中采用骨架蒙皮结构，结构面密度小；同时增加了无人机机构型的扩展能力，即采用多架单机身无人机在机翼翼梢拼接即可构成超大展弦比飞行器。

Claims (9)

1.一种太阳能飞行器，其特征在于，包括机翼(2)、机身(3)、平尾(4)、垂尾(5)、动力系统(1)和储能电池(7)，所述机翼(2)为矩形翼，所述储能电池(7)分布固定在机翼(2)内部，机翼(2)上表面铺设太阳能电池(10)；
2个机身(3)分别固定在机翼(2)的1/4和3/4弦向位置处；
平尾(4)与机翼(2)保持平行，并固定在机身(3)后端；垂尾(5)和平尾(4)相互垂直，并固定在机身(3)后端；
两套动力系统(1)分别固定在2个机身(3)的前端。
2.根据权利要求1所述一种太阳能飞行器，其特征在于，所述太阳能飞行器还包括吊舱(6)，所述吊舱(6)固定在机翼(2)或机身(3)上。
3.根据权利要求2所述一种太阳能飞行器，其特征在于，所述吊舱(6)固定在机翼(2)下表面全机对称位置处。
4.根据权利要求1所述一种太阳能飞行器，其特征在于，所述机身(3)为杆状机身。
5.根据权利要求1所述一种太阳能飞行器，其特征在于，动力系统(1)的组成构件包括螺旋桨(11)和电机(12)，螺旋桨(11)与电机(12)相连，电机(12)与机身(3)连接。
6.根据权利要求1所述一种太阳能飞行器，其特征在于，所述机翼(2)由四段等截面的矩形翼单元构成，矩形翼单元之间通过接头连接。
7.根据权利要求1或6所述一种太阳能飞行器，其特征在于，所述机翼(2)结构包括前缘壳体(21)、主梁(22)、多个机翼肋板(23)、后缘结构(24)和蒙皮(25)；
多个机翼肋板(23)平行放置形成肋板阵列，在所述机翼肋板(23)的最大厚度处开设有主梁孔(231)；
所述主梁(22)穿过肋板阵列的主梁孔(231)；
相邻两个机翼肋板(23)的前缘之间固定有前缘壳体(21)，其弧形轮廓与机翼肋板(23)的前缘相适应，所述前缘壳体(21)的材料为泡沫；
所述后缘结构(24)的侧面与多个机翼肋板(23)的后缘固定；
所述前缘壳体(21)、主梁(22)、多个机翼肋板(23)以及后缘结构(24)形成骨架，所述蒙皮(25)包裹在骨架结构的表面。
8.根据权利要求4所述一种太阳能飞行器，其特征在于，所述太阳能飞行器还包括第一连接接头(8)，第一连接接头(8)由接头半圆(82)和两个第一耳片(81)构成，接头半圆(82)与机身(3)固连，两个第一耳片(81)与机翼(2)下表面固连。
9.根据权利要求4所述一种太阳能飞行器，其特征在于，所述太阳能飞行器还包括第二连接接头(9)，第二连接接头(9)由接头圆环(92)和至少6个第二耳片(91)构成，机身(3)穿过接头圆环(92)后与接头圆环(92)固连，平尾(4)分成左右对称的左段和右段，左段和右段分别卡入第二连接接头(9)的左侧两个第二耳片中间和右侧两个第二耳片中间后与机身(3)固连，垂尾(5)卡入第二连接接头(9)的上端两个第二耳片中间后与机身(3)固连。
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