CN108137159B

CN108137159B - 飞行体

Info

Publication number: CN108137159B
Application number: CN201680059360.6A
Authority: CN
Inventors: 李隆教
Original assignee: Korea Aerospace Research Institute KARI
Current assignee: Korea Aerospace Research Institute KARI
Priority date: 2015-11-18
Filing date: 2016-11-07
Publication date: 2021-11-05
Anticipated expiration: 2036-11-07
Also published as: CN108137159A; WO2017086639A1

Abstract

根据一个实施例的飞行体包括：机体；主翼，其上面被形成为曲面并从所述机体向两侧延伸；太阳能电池，被配置在所述主翼的上面，将太阳能转换为电能；和能源存储部，被配置在所述机体或所述主翼中来存储从所述太阳能电池中产生的电能，且所述太阳能电池具有多个单元太阳能电池，可以提高所述太阳能电池的效率并且经所述多个单元太阳能电池中输出的电能或所述能源存储部中存储的电能来延长滞空时间。

Description

飞行体

技术领域

本发明涉及一种飞行体，特别是涉及一种经主翼的上面附着的多个单元太阳能电池被驱动的飞行体。

技术背景

作为地上侦察、观测及通信中继目的的高海拔长持续时间滞空飞行体的需求不断增加。同时为了解决石化燃料枯竭和地球温暖化问题，全世界正在趋向关注新再生能源。

由于上述需要，瑞士的太阳光有人机太阳能动力正在挑战世界一周飞行，被认为是完善未来人工卫星性能的高海拔长持续时间滞空飞行体将HAPS从高海拔平台系统重新解释为高海拔伪卫星，进一步加快用于提高滞空时间和运用性能的步伐。

此外，为了上述目的，需要类似将太阳光转换为电能的太阳光面板装置，优选是安装在容易确保太阳光的机翼上。

但是，由于一般太阳光面板由脆性的晶片或玻璃等材料被制成，具有稍弯曲便可能破损的问题。

特别是，机翼在航空机运航时经气动力或重力收到弯曲负荷，由此太阳光面板也可会被施加弯曲负荷，具有较难使用的问题。

此外，韩国授权专利公报第10-1275883号中记载了一种具柔韧性的太阳光面板机翼构造。

发明内容

技术课题

根据一个实施例，目的在于提供一种飞行体，主翼上具有多个单元太阳能电池以提高太阳能电池的效率，白天以太阳能电池中产生的电能，晚上以能源存储部中存储的电能长持续时间滞留于空中。

根据一个实施例，目的在于提供一种飞行体，主翼的上面具有聚酯薄膜蒙皮，单元太阳能电池通过利用聚酰亚胺胶带被附着，使太阳能电池容易被附于主翼的上面且轻量化。

根据一个实施例，目的在于提供一种飞行体，通过主翼的形状来消减涡流的抗力，以及控制轮子使抗力最小化并实现轻量化。

根据一个实施例，目的在于提供一种飞行体，机体的内部部件涂有聚酰亚胺薄膜，来防止机体的内部部件的损伤，特别是用来防止宇宙线(cosmicray)引起的飞行控制电脑存储器的损伤。

根据一个实施例，目的在于提供一种飞行体，通过离陆辅助部使飞行体稳定地离陆，以及通过控制部使螺旋桨固定在水平位置从而在飞行体着陆时防止飞行体受损。

技术方案

为了实现上述目的，根据一个实施例的飞行体包括：机体；主翼，其上面被形成为曲面并从所述机体向两侧延伸；太阳能电池，被配置在所述主翼的上面，将太阳能转换为电能；和能源存储部，被配置在所述机体或所述主翼中来存储从所述太阳能电池中产生的电能，且所述太阳能电池具有多个单元太阳能电池，以提高所述太阳能电池的效率并且经所述多个单元太阳能电池中输出的电能或所述能源存储部中存储的电能可延长滞空时间。

根据一个侧面，所述主翼的上面具有聚酯薄膜蒙皮，且所述多个单元太阳能电池可通过利用聚酰亚胺胶带分别被附着在所述主翼的上面。

根据一个侧面，所述主翼的端部具有尖的形状，为了消减涡流的抗力可配置成朝所述主翼的下部弯曲。

根据一个侧面，所述机体的内部部件涂有聚酰亚胺薄膜，可用来防止所述机体的内部部件的损伤。

根据一个侧面，所述能源存储部包括：第一电池，配置在所述机体的中央；第二电池，配置在所述机体的中央的右侧；和第三电池，配置在所述机体的中央的左侧，且所述多个单元太阳能电池中产生的电能可被存储在所述第一电池、所述第二电池、以及所述第三电池的至少一个中。

根据一个侧面，所述主翼的前方具有旋转的多个螺旋桨，且所述第二电池和所述第三电池可配置在所述多个螺旋桨中的一个附近位置。

根据一个侧面，可进一步包括：与所述能源存储部连接的能源存储管理部，且所述能源存储部和所述能源存储管理部可形成为一体。

为了实现上述目的，根据一个实施例的飞行体包括：机体；主翼，从所述机体向两侧延伸；离陆辅助部，拆卸式地附于所述机体，用来帮助所述机体的离陆；和控制部，用来控制所述机体、所述螺旋桨、或所述离陆辅助部的运作，且所述主翼的上面具有将太阳能转换为电能的太阳能电池，且所述机体、所述离陆辅助部或所述控制部可经所述太阳能电池中产生的电能被运作。

根据一个侧面，所述离陆辅助部被附于所述机体来用于所述机体的离陆，且所述飞行体达到一定的速度时所述离陆辅助部可从所述机体被拆卸。

根据一个侧面，所述机体着陆时，所述控制部可控制将动力传达至所述螺旋桨的电机，使所述螺旋桨固定在水平位置。

根据一个侧面，所述所述机体着陆时，为了防止所述飞行体的损伤，所述机体的下部可具有减震材料以及所述主翼的下部可安装有打滑。

技术效果

根据一个实施例的飞行体，主翼上具有多个单元太阳能电池以提高太阳能电池的效率，白天能够以太阳能电池中产生的电能，晚上能够以能源存储部中存储的电能长持续时间滞留于空中。

根据一个实施例的飞行体，主翼的上面具有聚酯薄膜蒙皮，单元太阳能电池通过利用聚酰亚胺胶带被附着，使太阳能电池可容易被附于主翼的上面且轻量化。

根据一个实施例的飞行体，可通过主翼的形状来消减涡流的抗力，以及控制轮子使抗力最小化并实现轻量化。

根据一个实施例的飞行体，机体的内部部件涂有聚酰亚胺薄膜，可防止机体的内部部件的损伤，特别是可用来防止宇宙线(cosmic ray)引起的飞行控制电脑存储器的损伤。

根据一个实施例的飞行体，通过离陆辅助部可使飞行体稳定地离陆，以及通过控制部可使螺旋桨固定在水平位置从而在飞行体着陆时防止飞行体受损。

附图说明

图1是示出根据一个实施例的飞行体。

图2a至2c是根据一个实施例的用于说明飞行体中主翼的流线的示图。

图3示出根据一个实施例的飞行体的颤振分析模型(Flutter Analysis Model)。

图4是根据一个实施例的飞行体中太阳能电池的放大图。

图5示出根据一个实施例的飞行体中能源存储部。

图6示出根据一个实施例的机体内部配置。

图7示出根据一个实施例的飞行体中离陆辅助部被安装在机体中的视图。

图8是利用根据一个实施例的飞行体的实验结果，示出随时间的上升率和下降率的图表。

图9是利用根据一个实施例的飞行体的实验结果，示出随时间的机体内外部的温度值的图表。

图10是利用根据一个实施例的飞行体的实验结果，示出随时间的机体内外部的湿度值的图表。

图11是利用根据一个实施例的飞行体的实验结果，示出随时间的能源存储部的充电状态的图表。

发明的优选实施方式

以下参照示例性附图对实施例进行详细说明。各附图的结构要素中附加有附图标记，应注意，对于相同的结构要素就算在其他附图中被示出也尽可能使用相同的附图标记，相关的已知结构或功能的详细说明被判断使发明模糊不清时，该详细说明被省略。

此外，在说明实施例的结构要素时，可使用第一，第二，A,B,(a),(b)等用语。该用语仅为了将该结构要素与其他结构要素区分开。该用语并不限制相应结构要素的本质，或是次序或顺序等。当一些结构要素被记载与其他结构要素“连接”，“结合”或“接入”时，该结构要素可以是直接与其他结构要素连接或接入，也可以理解为各结构要素之间“连接”，“结合”或“接入”有其他结构要素。

图1是示出根据一个实施例的飞行体，且图2a至2c是根据一个实施例的用于说明飞行体中主翼的流线的示图，图3是根据一个实施例的飞行体中太阳能电池的放大图，图4示出根据一个实施例的飞行体中能源存储部，图5示出根据一个实施例的机体内部配置。图6示出根据一个实施例的飞行体中离陆辅助部被安装在机体中的视图。

参照图1，根据一个实施例的飞行体10可包括机体100、主翼200、螺旋桨300和太阳能电池400。

所述机体100作为飞行体10中的主要结构部分可位于在飞行体10的中央。

例如，长距离客机或高海拔飞行体的机体可以是双重外板的气密结构，可实现空气调节。

例如所述机体100可作为无人机(UAV)的机体。

所述机体100可与主翼200结合。

所述主翼200可被形成为从机体向两侧，例如机体的左右方向延伸。也就是说，可在主翼200的中央配置机体100。

在这种情况下，主翼200的上面被形成为曲面。此外，主翼200的端部具有尖的形状，为了消减涡流的抗力被配置成朝主翼200的下部，例如从上空朝向地面弯曲地被形成。

特别是，参照图2a至2c，示出利用多种形状的主翼200来获取抗力消减效果。

图2a是示出主翼200的端部为椭圆翼尖(Elliptic wingtip)的情况，且图2b和图2c的端部是示出斜翼尖(raked wingtip)的情况。

利用Fluent和AAA的结果，为了消减端部涡流(tip vortex)的抗力的图2b和图2c中示出的形状与图2a的形状相比，在顺向条件下被判断具有约2％的抗力消减效果。

此外，参照图3，主翼200可以是以极轻量的高强度复合材料结构被形成。

特别是，主翼200的上面可由塑料或聚酯薄膜蒙皮(mylar skin)被形成。

所述聚酯薄膜的商品名为聚对苯二甲酸乙二酯(邻苯二甲酸聚乙烯或邻苯二甲酸聚酯)，是热可塑性树脂的一种。特别是聚酯薄膜在机械性及电性方面较强。

经上述的主翼200的材料，飞行体10可更为轻量化。

所述主翼200中可连接有螺旋桨300。

为了在高海拔中提高性能，所述螺旋桨300可被设计适合于低雷诺数流动。

所述螺旋桨300可在主翼200中朝机体100的前方被连接。

此外，所述螺旋桨300可以是多个，以所述机体100为中心左右方向对称地被配置。

虽然没有具体地被示出，当所述螺旋桨300经电机被旋转，并通过控制电机来控制螺旋桨300的旋转。

例如，当通过控制电机，飞行体10离陆时可为水平位置使螺旋桨300不与地面冲突。

此外，主翼200的上面可配置有太阳能电池400。

由于所述太阳能电池400可将太阳能转换成电能，例如白天飞行体10在飞行时，因此飞行体10可利用太阳能电池400中输出的电能进行飞行。

在此所述太阳能电池400的具体结构已被广泛应用，在此省略详细说明。

再参照图4，所述太阳能电池400可由多个单元太阳能电池410或单结晶太阳能电池被形成。

由于具备多个单元太阳能电池410，因此太阳能电池400的效率被提高。

此外，多个单元太阳能电池410可通过利用聚酰亚胺胶带被附着在主翼200的上面。

所述聚酰亚胺胶带具有优秀的耐热性、耐化学性、电绝缘性，可用于高温，并可在要求高耐热的部分的绝缘及掩蔽，PVC镀金中被使用。

通过利用上述聚酰亚胺胶可容易地将多个单元太阳能电池410附着在主翼200的上面，根据情况，主翼200的上面附着的多个单元太阳能电池410的配置和数量等可以是多样化的。在这种情况下，主翼200上面附着的多个单元太阳能电池410可彼此具有相同或不同的尺寸及形状。

此外，多个单元太阳能电池410可附着在主翼200的上面中的一部分。

例如，多个单元太阳能电池410可附着在主翼200的上面中靠近机体100的区域，且不附着在主翼200的端部附近。

也就是说，主翼200中的曲率有助于多个单元太阳能电池410在主翼200较低位置中的附着性。

上述的太阳能400中可连接有能源存储部500。

所述能源存储部500配置在机体100或主翼200，可存储太阳能电池400中产生的电能，例如可由锂离子电池形成。

参照图5，所述能源存储部500可包括第一电池510、第二电池520以及第三电池530。

所述第一电池510可配置在机体100的中央，例如机体100内部，且在主翼200的下部所述第二电池520配置在机体100的中央的右侧，且在主翼200的下部所述第三电池530配置在机体100的中央的左侧。

例如，第一电池510可用来驱动机体100的内部部件，且第二电池520被用来驱动电机，使机体100的中央的右侧配置的螺旋桨300旋转，且第三电池530被用来驱动电机，使机体100的中央的左侧配置的螺旋桨300旋转。

图5中示出能源存储部500包含有三个电池，但能源存储部500可包括三个以上或以下的电池。例如，机体100中可包括两个以上的电池。

上述的能源存储部500可特别用于不能获得太阳能的晚上。

例如，在可获得太阳能的白天可利用从太阳能电池400中输出的电能来进行飞行，且可在不能获得太阳能的晚上利用能源存储部500中存储的电能来进行飞行。

如上所述，一起利用太阳能电池400和能源存储部500，从而可实现飞行体10的长持续时间滞空。

此外，虽然没有具体地被示出，但能源存储部500中可进一步连接有能源存储管理部(未示图)，且所述能源存储管理部例如可以是电池管理系统(BMS)。

所述能源存储管理部可与能源管理部500成一体，并可在极度寒冷的情况下使能源存储部500的能源损失最小化，在零下温度中自动加热成能源。

此外，根据一个实施例的飞行体10可进一步包括控制整个飞行的控制部(未示图)。

例如，控制部可控制机体100、螺旋桨300、太阳能电池400、或能源存储部500的运作。

参照图6，为了在控制部中控制飞行体10，机体100内可配置多种部件。

例如，机体100中可具有多种天线，例如应答器天线、GPS天线及UHF天线。

如上所述的多种天线可使飞行体10与外部畅通地收发信号。

此外，机体100中具有HD相机和图像存储器，且飞行体10飞行时拍摄图像，并可灵活使用拍摄的图像，并进一步包括通信调制解调器、信号分配器等。

附加地，机体100中可具有风扇来防止机体100内部部件的过热，并具有舱口门来容易地维护修理机体100的内部部件。

从该机体100内部部件中获取的多种信息可传送给例如用于控制飞行体10的飞行的飞行控制电脑。

在这种情况下，上述的机体100内部部件可涂有聚酰亚胺薄膜，从而防止外部影响引起的损伤。例如可以防止因高海拔的宇宙线(cosmic ray)引起的飞行控制电脑存储器的损伤。

此外，参照图7，根据一个实施例的飞行体10可进一步包括离陆辅助部600。

所述离陆辅助部600可拆卸式地附于机体100，用来帮助机体100的离陆。

例如，离陆辅助部600可以是移动车辆，并根据机体100或飞行体10的飞行速度来决定拆卸与否。

具体地，离陆辅助部600在飞行体10的离陆初被安装在机体100中，且飞行体10到达一定的速度时可从机体100被拆卸。

在这种情况下，离陆辅助部600可从机体100机械地被拆卸或是经控制部自动地被拆卸。

此外，离陆辅助部600可通过太阳能电池400中产生的电能被运作。

如上所述，经离陆辅助部600，飞行体10可稳定地从地面离陆。

作为对照，飞行体10中，为了防止飞行体10或机体100着陆时飞行体10的损伤，机体10的下部可具备减震材料(未示图)，且主翼200的下部安装有打滑(未示图)。

如上所述，根据一个实施例的飞行体，由于在主翼配置有多个单元太阳能电池，因此可提高太阳能电池的效率，白天能够以太阳能电池中产生的电能，晚上能够以能源存储部中存储的电能长持续时间滞留于空中。此外，由于主翼的形状，可以消减涡流的抗力，并控制轮子使抗力最小化，从而实现轻量化，并可容易地在主翼的上面拆卸式地安装单元太阳能电池。

以上对根据一个实施例的飞行体的结构进行了说明，以下对利用根据一个实施例的飞行体的实验结果进行说明。

图8是利用根据一个实施例的飞行体的实验结果，示出随时间的上升率和下降率的图表，图9是利用根据一个实施例的飞行体的实验结果，示出随时间的机体内外部的温度值的图表，图10是利用根据一个实施例的飞行体的实验结果，示出随时间的机体内外部的湿度值的图表，且图11是利用根据一个实施例的飞行体的实验结果，示出随时间的能源存储部的充电状态的图表。

参照图8，根据一个实施例的飞行体以32kph上升，35kph下降进行了飞行，上升率和下降率约维持在1.0m/s。

参照图9，根据一个实施例的飞行体的机体外部空气降低至–53摄氏度，且机体的内外部温度差最大为30摄氏度。

参照图10，在高度4km以上的高度中检测出大气的湿度为20％以下，且随时间的内部与外部的湿度。

参照图11，上述以能源存储部说明的电池的残余在高度14km中下降至75％，但在下降的同时被完全充电。

如上所述，总共9个小时的飞行期间，根据一个实施例的飞行体稳定地进行了飞行，且确认了经太阳能电池，飞行体可有效地被运作。

如上所述，在本发明的实施例中，虽然通过限定的实施例和附图对类似具体的构成要素等特定事项进行了说明，但其仅被提供来用于理解整个发明，本发明并不局限于上述的实施例，本发明所属领域中的普通技术人员可对此进行多种修改和变形。因此，本发明的思想并不局限于说明的实施例，其由后述的权利要求范围以及与权利要求范围均等或同等性变形的所有本发明的思想范围被定义。

Claims

1.一种飞行体，其特征在于，包括：

机体；

主翼，其上面被形成为曲面并从所述机体向两侧延伸；

太阳能电池，被配置在所述主翼的上面，将太阳能转换为电能；和

能源存储部，被配置在所述机体或所述主翼中来存储从所述太阳能电池中产生的电能，且

所述太阳能电池具有多个单元太阳能电池，以提高所述太阳能电池的效率并且经所述多个单元太阳能电池中输出的电能或所述能源存储部中存储的电能来延长滞空时间；

所述能源存储部包括：

第一电池，配置在所述机体的中央；

第二电池，配置在所述机体的中央的右侧；和

第三电池，配置在所述机体的中央的左侧，且

所述多个单元太阳能电池中产生的电能被存储在所述第一电池、所述第二电池、以及所述第三电池的至少一个中；

所述主翼的前方具有旋转的多个螺旋桨，且

所述第二电池和所述第三电池被配置在所述多个螺旋桨中的一个附近位置；

所述第一电池用于驱动所述机体的内部部件，所述第二电池用于驱动电机以使得配置在所述机体的中央的右侧的所述螺旋桨旋转，所述第三电池用于驱动电机以使得配置在所述机体的中央的左侧的所述螺旋桨旋转。

2.根据权利要求1所述的飞行体，其特征在于，所述主翼的上面具有聚酯薄膜蒙皮，且

所述多个单元太阳能电池通过利用聚酰亚胺胶带分别被附着在所述主翼的上面。

3.根据权利要求1所述的飞行体，其特征在于，所述主翼的端部具有尖的形状，为了消减涡流的抗力被配置成朝所述主翼的下部弯曲。

4.根据权利要求1所述的飞行体，其特征在于，所述机体的内部部件涂有聚酰亚胺薄膜，用来防止所述机体的内部部件的损伤。

5.根据权利要求1所述的飞行体，其特征在于，还包括：与所述能源存储部连接的能源存储管理部，且

所述能源存储部和所述能源存储管理部被形成为一体。

6.一种飞行体，其特征在于，包括：

机体；

主翼，从所述机体向两侧延伸；

离陆辅助部，拆卸式地附于所述机体，用来帮助所述机体的离陆；和

控制部，用来控制所述机体、螺旋桨、或所述离陆辅助部的运作，且

所述主翼的上面具有将太阳能转换为电能的太阳能电池，且所述机体、所述离陆辅助部或所述控制部经所述太阳能电池中产生的电能被运作；

所述飞行体还包括：

能源存储部，被配置在所述机体或所述主翼中来存储从所述太阳能电池中产生的电能；

其中，所述能源存储部包括：

第一电池，配置在所述机体的中央；

第二电池，配置在所述机体的中央的右侧；和

第三电池，配置在所述机体的中央的左侧，且

所述太阳能电池中产生的电能被存储在所述第一电池、所述第二电池、以及所述第三电池的至少一个中；

所述主翼的前方具有旋转的多个螺旋桨，且

7.根据权利要求6所述的飞行体，其特征在于，所述离陆辅助部被附于所述机体来用于所述机体的离陆，且所述飞行体达到一定的速度时所述离陆辅助部从所述机体被拆卸。

8.根据权利要求6所述的飞行体，其特征在于，所述机体着陆时，所述控制部控制将动力传达至所述螺旋桨的电机，使所述螺旋桨固定在水平位置。

9.根据权利要求6所述的飞行体，其特征在于，所述机体着陆时，为了防止所述飞行体的损伤，所述机体的下部具有减震材料以及所述主翼的下部安装有打滑。