CN106081061A - 一种飞机光伏阵列设计 - Google Patents
一种飞机光伏阵列设计 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106081061A CN106081061A CN201610599013.4A CN201610599013A CN106081061A CN 106081061 A CN106081061 A CN 106081061A CN 201610599013 A CN201610599013 A CN 201610599013A CN 106081061 A CN106081061 A CN 106081061A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- aircraft
- wing
- photovoltaic
- fuselage
- array
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000013461 design Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 238000003491 array Methods 0.000 claims description 6
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract 2
- 210000000744 eyelid Anatomy 0.000 description 7
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 2
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- CVOFKRWYWCSDMA-UHFFFAOYSA-N 2-chloro-n-(2,6-diethylphenyl)-n-(methoxymethyl)acetamide;2,6-dinitro-n,n-dipropyl-4-(trifluoromethyl)aniline Chemical compound CCC1=CC=CC(CC)=C1N(COC)C(=O)CCl.CCCN(CCC)C1=C([N+]([O-])=O)C=C(C(F)(F)F)C=C1[N+]([O-])=O CVOFKRWYWCSDMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000272478 Aquila Species 0.000 description 1
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000003203 everyday effect Effects 0.000 description 1
- 239000008542 feiji Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000035800 maturation Effects 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C3/00—Wings
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENTS OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
- B64D27/00—Arrangement or mounting of power plant in aircraft; Aircraft characterised thereby
- B64D27/02—Aircraft characterised by the type or position of power plant
- B64D27/24—Aircraft characterised by the type or position of power plant using steam, electricity, or spring force
-
- B64D27/353—
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
- B64U50/00—Propulsion; Power supply
- B64U50/10—Propulsion
- B64U50/19—Propulsion using electrically powered motors
Abstract
本发明涉及一种太阳能飞机光伏阵列设计，采用超大展弦比扁平飞翼布局，飞机外部由机身1、机翼2、平尾3、垂尾4、副翼5、光伏单元6构成，光伏单元构成光伏阵列布置于机身、机翼和平尾上表面及垂尾的左右立面，构成水平布置于垂直布置光伏阵列，根据飞机表面积将光伏阵列分成几组后并联为飞机提供能源，每组内部由光伏单元串联。机身、机翼及平尾光伏阵列受光条件较好为飞机动力提供能源，垂尾光伏阵列受光条件一般为飞机航电系统提供能源。
Description
技术领域
本发明涉及一种大展弦比飞机及其光伏阵列设计。整机采用超大展弦比扁平飞翼布局，上表面布置高性价比光伏单元阵列，效率高、成本低、通用性好，属于飞行器总体设计领域。
背景技术
21世纪初电动飞机开始起步，随着太阳能光电效率及储能技术提高，使得太阳能在航空上的应用成为可能，其可为航电设备电源供电，甚至为动力电机电源供电，延长续航时间，典型实例包括美国NASA的“Helios”，英国Qinetiq的“Zephyr”，瑞士的“SolarImpulse 1”与“Solar Impulse 2”、美国Google的“Solar a50”与“Solar a60”、美国Facebook的“Aquila”等，它们都是以太阳能为直接驱动力的飞机，可连续飞行十几甚至几十小时，比传统电动飞机续航时间提高甚至一个数量级。
目前太阳能飞机多数以无人为主，这主要由太阳能飞机功率面密度尚低决定，若要实现大功率就得需要大面积，例如瑞士的“Solar Impulse 2”虽然可以搭载1人环球飞行，但翼展达到了72米，且不能安装空调等大功率器件，针对目前市场，其造价昂贵、实用性不强。
太阳能无人机可以做到实用性强、性价比高的特点，尤其在成像与通信领域具有广阔市场，在警察、军事、航天领域也有特殊用途。性价比方面，太阳能无人机的价格有的时候是由太阳能电池片的价格决定的，具体还要看整机配置。我国是太阳能电池片及组件研发、生产和应用最大的国家，电池片种类也非常齐全，其组件封装技术成熟，这有利于高性价比太阳能无人机的发展。综合市场、价格、技术因素，太阳能无人机目前已进入产品起步阶段。
发明内容
本发明提供一种大展弦比飞机及其光伏阵列设计，解决的问题及目的如下：
传统飞机表面难以有效铺设太阳能，飞机表面利用率低，需在飞机设计之初就综合考虑总体外形与太阳能的匹配。目前光伏单元普遍具有单体面积小、弯曲曲率低、光电效率不高、平面封装的特性，这对飞机的基本要求就是面大、平坦、轻质、低速，对此飞机可设计成扁平化形式，上表面尽量多的铺设太阳能发电单元，实现飞机上表面光伏利用率最大化，这样也可极大地减小飞机主要阻力——压差阻力，再通过大展弦比飞机外形设计减小飞机诱导阻力，提高升阻比。即从光伏与气动两方面提高飞机续航时间。
本发明的技术方案：
一种飞机光伏阵列设计，其特征为整机采用大展弦比飞翼布局，在飞机对称中立面处弦长最大，机身机翼前后缘线相切连续，翼梢弦长最小，三角形副翼，全动平尾和垂尾，机身、机翼、平尾上表面采用高性价比光伏阵列，其中机身共两个阵列组，机翼共两或四个阵列组，平尾共一个阵列组，每个阵列组内部串联相同数量的光伏单元，整机共五或七个阵列组并联为动力电池及动力电机供电，垂尾一个阵列组为航电系统供电。
（1）本发明设计了一种大展弦比飞机。如图1和图2，飞机主体由机身1、机翼2、平尾3、垂尾4和副翼5构成，属于大展弦比飞翼布局，这里螺旋桨不显示（位于机身或机翼前后均可），起落架不显示或无起落架。为保证翼身刚度与强度，本发明机身1弦长尺寸逐渐过渡，机身1前后缘线与机翼2前后缘线相切连续，机身对称中立面处弦长最大，机翼外侧翼段弦长逐渐减小且上反，整机干扰自平衡布局设计，一般飞机采用近矩形副翼，本发明中副翼5为三角形舵面，属于不规则舵面，蒙皮采用高强度超轻塑料薄膜减轻重量，保证机翼重心前移提高静稳定性，因太阳能飞机本身很少进行机动飞行，所以这里充分利用图1中光伏阵列以外的不规则表面作为副翼舵面，平尾3及垂尾4为全动舵面，所以上表面可全部安装光伏阵列。
（2）本发明包括该飞机的光伏阵列设计，如图1和图2，光伏单元6在机身1、机翼2、平尾3的上表面及垂尾两面进行阵列设计，采用轻量化表面透光材料将光伏阵列封装成光伏组件，光伏组件直接为蒙皮，每块光伏组件包含一个阵列组，阵列组内部光伏单元串联。其中，机身1上蒙皮分成左右对称各1个阵列组（共2个阵列组），每个阵列组由n个发电单元串联而成，单侧机翼2上蒙皮沿翼展方向分成1或2个阵列组（左右机翼共2或4个阵列组），每个阵列组也由n个发电单元串联而成，平尾一个阵列组也由n个发电单元串联而成，整机共5或7个阵列组（不含垂尾）并联为飞机动力电机供电，最后垂尾一个阵列组由m个发电单元串联而成，并为飞机航电系统供电。
本发明的技术效果如下：
整机气动布局实现在俯仰、滚转和偏航方向上气流干扰自平衡。按照以上光伏阵列设计方法，对太阳能飞机各种光伏单元阵列进行排布与分析，发现该方法设计的光伏阵列组件蒙皮可大面积贴合机身、机翼、平尾、垂尾的内结构，飞机上表面利用率达93%，尤其适合低速翼型光伏阵列设计，整机展弦比均在20以上，最大升阻比在30以上，该太阳能飞机仅阳光动力续航时间超过4小时，合理搭配储能续航时间达8小时。
附图说明
本图1为本发明的太阳能飞机俯视图；
图2为本发明的太阳能飞机前视图；
图3为本发明的太阳能飞机右视图；
图1~图3中，机身（1）、机翼（2）、平尾（3）、垂尾（4）、副翼（5）、光伏单元（6）。
具体实施方式
具体实施例如图1和图2，光伏单元6采用125*125mm高性价比单晶硅太阳能电池片，例如标准测试条件（AM1.5）下，该单晶硅电池片（光伏单元）光电转换效率20.4%，标准工作电压0.56v，最大功率点电流5.7A。以每年的中国天津为例，该光伏组件平均每天光照最强6小时的平均工作电流4.5A，机身1蒙皮分成左右对称各一个阵列组（共两个阵列组），每个阵列组由n=60个发电单元串联而成，机翼2蒙皮分成左右对称各两个阵列组（共四个阵列组），每个阵列组由60个发电单元串联而成，平尾一个阵列组由60个发电单元串联而成，整机共7个阵列组并联为飞机动力电机供电，7个阵列组并联后标准工作电压33.6v，最大功率点电流39.9A，最大输出功率1340Wa，平均输出电流31.5A，平均输出功率1058.4Wa。太阳能白天实时输出电流高于平均输出电流4.5A的时间为中午4h，这4小时内飞机完全由光伏为动力电机供电，同时光伏发电的剩余电流又为动力电池充电。每个发电单元实时输出电流低于平均输出电流4.5A但配合储能仍能继续巡航的时间为t=4h，具体如下午光强开始衰减时飞机配合储能续航2小时，相反，在上午光强逐渐增强时，飞机配合储能续航时间也是2小时，阳光配合储能共续航4小时，算上中午强光下阳光动力续航4小时，总共飞机平均续航时间为8小时。
最后，如图3，光伏单元6采用如上单晶电池片，垂尾两侧共m=36个发电单元串联而成一个阵列组，该阵列组输出电压20.16v，因立面光照强度弱，发电电流小，不适合为动力系统供电，但可以为飞机航电系统供电，提高飞机航电系统工作时间，也为航电系统做备份，提高使用安全性。该单晶硅光伏阵列设计完成后，根据单晶硅电池片阵列，整机翼展达17.5m，平均气动弦长0.53m，展弦比高达33，最终实现该太阳能飞机光伏阵列和大展弦比总体设计，为飞机长航时飞行提供有力保障。
Claims (1)
1.一种飞机光伏阵列设计，其特征为整机采用大展弦比飞翼布局，在飞机对称中立面处弦长最大，机身机翼前后缘线相切连续，翼梢弦长最小，三角形襟副翼，全动平尾和垂尾，机身、机翼、平尾上表面采用高性价比光伏阵列，其中机身共两个阵列组，机翼共两或四个阵列组，平尾共一个阵列组，每个阵列组内部串联相同数量的光伏单元，整机共五或七个阵列组并联为动力电池及动力电机供电，垂尾一个阵列组为航电系统供电。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610599013.4A CN106081061A (zh) | 2016-07-27 | 2016-07-27 | 一种飞机光伏阵列设计 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610599013.4A CN106081061A (zh) | 2016-07-27 | 2016-07-27 | 一种飞机光伏阵列设计 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106081061A true CN106081061A (zh) | 2016-11-09 |
Family
ID=57449586
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610599013.4A Pending CN106081061A (zh) | 2016-07-27 | 2016-07-27 | 一种飞机光伏阵列设计 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106081061A (zh) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201086825Y (zh) * | 2007-07-11 | 2008-07-16 | 郑德玉 | 一种翼形飞机 |
| CN102774490A (zh) * | 2012-04-10 | 2012-11-14 | 北京航空航天大学 | 新型长航时太阳能无人机 |
| CN103448915A (zh) * | 2012-05-28 | 2013-12-18 | 王新展 | 单体太阳能飞机 |
| CN103587687A (zh) * | 2013-08-14 | 2014-02-19 | 西北工业大学 | 一种π型全翼式太阳能无人机 |
| CN204310051U (zh) * | 2014-11-19 | 2015-05-06 | 南昌航空大学 | 一种以太阳能飞机为载体的气象观测飞机 |
| CN204846384U (zh) * | 2015-07-13 | 2015-12-09 | 北京汉能创昱科技有限公司 | 一种太阳能驱动无人机 |
| CN105398561A (zh) * | 2015-11-12 | 2016-03-16 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 一种太阳能飞行器 |
-
2016
- 2016-07-27 CN CN201610599013.4A patent/CN106081061A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201086825Y (zh) * | 2007-07-11 | 2008-07-16 | 郑德玉 | 一种翼形飞机 |
| CN102774490A (zh) * | 2012-04-10 | 2012-11-14 | 北京航空航天大学 | 新型长航时太阳能无人机 |
| CN103448915A (zh) * | 2012-05-28 | 2013-12-18 | 王新展 | 单体太阳能飞机 |
| CN103587687A (zh) * | 2013-08-14 | 2014-02-19 | 西北工业大学 | 一种π型全翼式太阳能无人机 |
| CN204310051U (zh) * | 2014-11-19 | 2015-05-06 | 南昌航空大学 | 一种以太阳能飞机为载体的气象观测飞机 |
| CN204846384U (zh) * | 2015-07-13 | 2015-12-09 | 北京汉能创昱科技有限公司 | 一种太阳能驱动无人机 |
| CN105398561A (zh) * | 2015-11-12 | 2016-03-16 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 一种太阳能飞行器 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN204846384U (zh) | 一种太阳能驱动无人机 | |
| CN107745819A (zh) | 一种固定翼太阳能飞机 | |
| CN103840745A (zh) | 一种供无人机使用的太阳能能源系统 | |
| CN102774490A (zh) | 新型长航时太阳能无人机 | |
| CN203491953U (zh) | 一种供无人机使用的太阳能能源系统 | |
| RU2725573C2 (ru) | Беспилотный летательный аппарат с двумя крыльями, к которым прикреплены фотоэлектрические элементы | |
| Sai et al. | The development status and key technologies of solar powered unmanned air vehicle | |
| CN207931972U (zh) | 一种太阳能无人机 | |
| CN110816806B (zh) | 一种集群式仿生太阳能无人机 | |
| CN103287569B (zh) | 非跑道场地起降和可悬停的升推式大尺度太阳能无人机 | |
| CN104015915A (zh) | 一种无人气碟及其制作方法 | |
| CN105438483A (zh) | 一种适用于太阳能飞行器的动力总成及其输出控制方法 | |
| CN101758926A (zh) | 风能太阳能发电电动飞机 | |
| CN101607600A (zh) | 太阳风混合动力飞机 | |
| CN211844896U (zh) | 一种垂直起降无人机 | |
| Zhang et al. | Structural Design and Difficulties of Solar UAV | |
| CN207374652U (zh) | 无人机 | |
| CN106081061A (zh) | 一种飞机光伏阵列设计 | |
| CN115042980A (zh) | 一种太阳能/氢能/储能电池混合动力无人机 | |
| CN109606623A (zh) | 智能模块化太阳能无人机 | |
| CN210284611U (zh) | 一种飞翼布局太阳能无人机 | |
| Wilson et al. | Aerodynamic and structural design of a solar-powered micro unmanned air vehicle | |
| CN106314806A (zh) | 一种无人机风光互补发电系统及其运行方法 | |
| Scheiman et al. | Solar technology comparison for wing integration in unmanned aerial vehicles | |
| CN106184708A (zh) | 一种串置翼太阳能无人机 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20161109 |