CN108583913B - 拖拽式太阳能飞机及其起落装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种拖拽式太阳能飞机及其起落装置，包括机翼和机身，机身后端的底部设有光伏仓和拖拽光伏薄膜杆，光伏仓内设置有伸缩杆，伸缩杆上端设有旋转伸缩装置，伸缩杆下端与拖拽光伏薄膜杆的中间位置垂直连接，拖拽光伏薄膜杆的侧面粘接有光伏薄膜；机身内设有控制器，控制器连接并控制所述旋转伸缩装置。本发明在飞机机身的后端以拖拽的方式连接光伏薄膜，利用飞机飞行产生的风力，使光伏薄膜无需任何支撑和固定结构，就可充分展开并对准太阳光线，并且光伏薄膜的面积也不受机身的限制，可根据需要合理的增大受光面积，提高飞机的能量转换能力，且减轻了飞机的体积和重量，增强了其续航能力和负载能力，使太阳能飞机有着更好的使用价值。

Description

拖拽式太阳能飞机及其起落装置
技术领域
本发明涉及太阳能飞行器领域，具体涉及一种拖拽式太阳能飞机及其起落装置。
背景技术
太阳能飞机使用太阳光发电推动电机，从而保持飞机的飞行。其优点是不用添加油就可以在空中长期飞行，从某种意义上可以替代卫星执行长期的太空任务，如遥感、通信等，同时成本可以大幅度降低。
但是，由于目前太阳能的转换率较低，电池能量较低，太阳能飞机不得不设计成巨大的机翼，瘦小的机身。目前能够成功长期滞空的太阳能飞机基本上都无法增加负载，少有使用价值。另外，目前供太阳能飞机起落的跑道也是常规跑道，需要太阳能飞机自身设有起落架，进一步增加了其飞行负担。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种拖拽式太阳能飞机及其起落装置，解决了传统太阳能飞机续航能力有限，无法增加负载，使用价值低的缺陷。
本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种拖拽式太阳能飞机，所述拖拽式太阳能飞机包括机翼和机身，所述机身后端的底部设有光伏仓和拖拽光伏薄膜杆，所述光伏仓内设置有伸缩杆，所述伸缩杆上端设有旋转伸缩装置，伸缩杆下端与拖拽光伏薄膜杆的中间位置垂直连接，所述拖拽光伏薄膜杆的侧面粘接有光伏薄膜；
所述机身内设有控制器，所述控制器连接并控制所述旋转伸缩装置。
进一步改进在于，当所述伸缩杆处于收缩状态时，所述拖拽光伏薄膜杆一半收纳在光伏仓内，一半延伸在光伏仓后方。
进一步改进在于，所述光伏薄膜由碳纤维布以及并排粘接在碳纤维布上表面的光伏电池组成。
进一步改进在于，所述碳纤维布的下表面粘接有若干个第一电磁电路，所述第一电磁电路横向并排铺设，且相邻的第一电磁电路之间留有相等的间隔距离，所述控制器连接并控制所述第一电磁电路。
进一步改进在于，所述第一电磁电路包括电源以及至少两个与电源串联的螺线圈，以及设在每个螺线圈内的铁芯。
进一步改进在于，所述拖拽光伏薄膜杆的中间位置开有活动槽，所述伸缩杆的下端贯穿有电动轴，伸缩杆通过电动轴连接在活动槽内，所述控制器连接并控制所述第二电磁电路和电动轴。
进一步改进在于，所述机翼和机身后部分形成的夹角内铺设有倒三角布，在所述倒三角布上铺设有光伏电池。
进一步改进在于，所述机身的底端铺设有第二电磁电路，所述机身的后端设有电动挂钩，所述控制器连接并控制所述电动挂钩。
进一步改进在于，所述第二电磁电路包括电源以及至少两个与电源串联的螺线圈，以及设在每个螺线圈内的铁芯。
一种拖拽式太阳能飞机的起落装置，包括跑道本体，以及设在跑道本体上的第三电磁电路，以及设在跑道本体端头处的牵引柱，以及设在牵引柱上的牵引绳，所述第三电磁电路包括电源以及至少两个与电源串联的螺线圈，以及设在每个螺线圈内的铁芯。
本发明的有益效果是：在飞机机身的后端以拖拽的方式连接光伏薄膜，利用飞机飞行产生的风力，使光伏薄膜无需任何支撑和固定结构，就可充分展开并对准太阳光线，并且光伏薄膜的面积也不受机身的限制，可根据需要合理的增大受光面积，提高飞机的能量转换能力，且减轻了飞机的体积和重量，增强了其续航能力和负载能力，使太阳能飞机有着更好的使用价值。另外，飞机使用装有电磁电路的跑道，控制飞机的底面和跑道上方形成同极的磁场，使飞机在悬空状态下起飞和降落，无需设置起落架，进一步减轻了飞机的整体重量，增加其负载能力。
附图说明
图1为光伏薄膜未展开时的结构示意图；
图2为光伏薄膜展开后的结构示意图；
图3伸缩杆和拖拽光伏薄膜杆的连接位置结构图；
图4为光伏薄膜的下表面的结构示意图；
图5为光伏薄膜的展开过程示意图；
图6为机身的底端示意图；
图7为拖拽式太阳能飞机的控制原理图；
图8为光伏薄膜采用拖拽绳的拖拽结构示意图；
图9为拖拽式太阳能飞机的起落装置结构示意图；
图10为拖拽式太阳能飞机的起落装置使用状态图；
图11为第二电磁电路和第三电磁电路产生磁场的相互作用原理图；
其中，1-机翼，2-机身，3-光伏仓，4-拖拽光伏薄膜杆，5-伸缩杆，6-旋转伸缩装置，7-光伏薄膜，8-控制器，9-第一电磁电路，10-活动槽，11-电动轴，12-倒三角布，13-第二电磁电路，14-电动挂钩，15-跑道本体，16-第三电磁电路，17-牵引柱，18-牵引绳。19-拖拽绳。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
结合图1至图7所示，一种拖拽式太阳能飞机的实施例结构，拖拽式太阳能飞机包括机翼1和机身2，机身2后端的底部设有光伏仓3和拖拽光伏薄膜杆4，光伏仓3为矩形，且下端和后端为开口结构，光伏仓3内设置有伸缩杆5，伸缩杆5上端设有旋转伸缩装置6(在机身2的内部，结构图中未示出)，伸缩杆5下端与拖拽光伏薄膜杆4的中间位置垂直连接，拖拽光伏薄膜杆4的侧面粘接有光伏薄膜7；机身2内设有控制器8，控制器8连接并控制旋转伸缩装置6。旋转伸缩装置6是由电机和液压缸组成的驱动结构，具体结构为现有技术，这里不详细介绍，其可以在控制器8的控制下，控制伸缩杆5旋转和伸缩。且当伸缩杆5处于收缩状态时，由于拖拽光伏薄膜杆4的长度长于光伏仓3的长度，所以拖拽光伏薄膜杆4一半收纳在光伏仓3内，一半延伸在光伏仓3后方。
初始状态下，拖拽光伏薄膜杆4收纳在光伏仓3内，控制器8控制旋转伸缩装置6，驱动伸缩杆5向下伸出，拖拽光伏薄膜杆4移动至机身2的下方，然后驱动伸缩杆5转动90°，使得拖拽光伏薄膜杆4粘接有光伏薄膜7的一侧朝向后方，方便光伏薄膜7的展开。
其中，光伏薄膜7由碳纤维布以及并排粘接在碳纤维布上表面的光伏电池组成。所有光伏电池串接后与机身内部的蓄电池连接，用于收集转换的电能。碳纤维布的下表面粘接有若干个第一电磁电路9，第一电磁电路9横向并排铺设，且相邻的第一电磁电路9之间留有相等的间隔距离，控制器8连接并控制第一电磁电路9。第一电磁电路9包括电源以及至少两个与电源串联的螺线圈，以及设在每个螺线圈内的铁芯。
所有第一电磁电路9中的螺线圈并排铺设，接通所有电源后在每个螺线圈的周围产生磁场，可以通过控制器8控制电源的方向，使相邻的第一电磁电路9产生相反方向的磁场，例如……前N后S-前S后N-前N后S-……，这样所有相邻第一电磁电路9之间都能产生相互吸引力(类似如条形磁铁，异名磁极相互吸引的原理)，而碳纤维布预先设有均匀的折叠线(折叠线设置为优先往一个方向折叠的单向折叠线，且相邻的折叠线折向相反)，这样在相互吸引力的作用下，碳纤维布沿着折叠线交错折叠，且光伏电池的设置正好都能避开折叠线，这样整个光伏薄膜7就能折叠呈一个长方形，此过程可参照图5，其为图5的逆过程。光伏薄膜7折叠成长方形后粘接在拖拽光伏薄膜杆4的侧边，可一同收纳在光伏仓3内，且可保证在风力的作用下，光伏薄膜7不会吹散。
另外，拖拽光伏薄膜杆4的中间位置开有活动槽10，伸缩杆5的下端贯穿有电动轴11，伸缩杆5通过电动轴11连接在活动槽10内，控制器8连接并控制电动轴11，电动轴11在控制器8的控制下转动，带动拖拽光伏薄膜杆4转动，调整自身的倾斜角度，最终实现对光伏薄膜7展开后倾斜角度的调节，以便在飞行过程中对准太阳光线，提高能量转换率。
特别的，在保证传统飞机的气动设计的同时，在机翼1和机身2后部分形成的夹角内铺设有两块倒三角布12，在倒三角布12上铺设有光伏电池。一方面倒三角布12增强了飞机在无动力时的滑翔能力，另一方面，倒三角布12上的光伏电池同样连接机身2内部的蓄电池，进一步增加飞机的太阳能收集能力。
需要说明的是，上述提到的控制器8为总控制器，其包括若干个市面上常规的分控制器，分别用于控制旋转伸缩装置6中电机的旋转、液压缸的伸缩以及各个电磁电路中电源的电流方向的改变等。
上述介绍的为光伏薄膜7的其中一种拖拽结构实施例，其将光伏薄膜7拖拽在机身的下方，并通过拖拽光伏薄膜杆4调节光伏薄膜7的倾斜角度，实现对准太阳光线。另外，如图8所示，展示的是另一种拖拽方法实施例结构，其使用若干根拖拽绳19直接牵引光伏薄膜7，这样在飞行过程中，光伏薄膜7在风力作用下保持与机身水平位置。为避免飞行过程中光伏薄膜7发生翻转缠绕，可通过更多的拖拽绳19牵引，且每股拖拽绳19在机身上连接点分散。这种拖拽结构更加简单，重量更轻，只是此时调节光伏薄膜7的倾斜角度需通过飞机自身的朝向和倾斜角度来调节。
上述介绍两种拖拽式太阳能飞机，为进一步降低其重量，可以不设置起落架，而采用专门的起落装置。此时，需要在机身2的底端铺设有第二电磁电路13，机身2的后端设有电动挂钩14，控制器8连接并控制第二电磁电路13和电动挂钩14。其中，第二电磁电路13包括电源以及至少两个与电源串联的螺线圈，以及设在每个螺线圈内的铁芯。
结合图9和图10所示，一种拖拽式太阳能飞机的起落装置，实现了上述拖拽式太阳能飞机的无起落架起落。其包括跑道本体15，以及设在跑道本体15上的第三电磁电路16，以及设在跑道本体15端头处的牵引柱17，以及设在牵引柱17上的牵引绳18，第三电磁电路16包括电源以及至少两个与电源串联的螺线圈，以及设在每个螺线圈内的铁芯。
需要说明的是，图6和图9中展示的第二电磁电路13和第三电磁电路16的具体铺设结构只是为了方便说明，显示出所包含的结构。在具体实施过程中，第二电磁电路13和第三电磁电路16中螺线圈的设置可以为多种方式，例如优选的均设置成竖直的上下方向，让其产生的磁场为上下方向，此时磁场原理就如图11所示，在接通电源后，机身2底面和跑道本体15表面的两个磁场的同名磁极相对，形成同极面悬空，这样飞机就能悬浮在跑道升空的一定高度处，并保持受力平衡。
在起飞过程中，首先用牵引绳18套住电动挂钩14，飞机在悬空状态下启动，当飞机电机达到起飞要求时，释放电动挂钩14，飞机弹射出去，并逐渐升空；在降落过程中，飞机在接近跑道本体15表面时，受到跑道的向上排斥力，逐渐保持水平滑行，并且同时控制飞机的电机反转，使其具有向后的加速度，直到速度降为零。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种拖拽式太阳能飞机，其特征在于：所述拖拽式太阳能飞机包括机翼(1)和机身(2)，所述机身(2)后端的底部设有光伏仓(3)和拖拽光伏薄膜杆(4)，所述光伏仓(3)内设置有伸缩杆(5)，所述伸缩杆(5)上端设有旋转伸缩装置(6)，伸缩杆(5)下端与拖拽光伏薄膜杆(4)的中间位置垂直连接，所述拖拽光伏薄膜杆(4)的侧面粘接有光伏薄膜(7)；
所述机身(2)内设有控制器(8)，所述控制器连接并控制所述旋转伸缩装置(6)；
所述光伏薄膜(7)由碳纤维布以及并排粘接在碳纤维布上表面的光伏电池组成，所述碳纤维布的下表面粘接有若干个第一电磁电路(9)，所述第一电磁电路(9)横向并排铺设，且相邻的第一电磁电路(9)之间留有相等的间隔距离，所述控制器(8)连接并控制所述第一电磁电路(9)；
所述第一电磁电路(9)包括电源以及至少两个与电源串联的螺线圈，以及设在每个螺线圈内的铁芯。
2.根据权利要求1所述的一种拖拽式太阳能飞机，其特征在于：当所述伸缩杆(5)处于收缩状态时，所述拖拽光伏薄膜杆(4)一半收纳在光伏仓(3)内，一半延伸在光伏仓(3)后方。
3.根据权利要求1所述的一种拖拽式太阳能飞机，其特征在于：所述拖拽光伏薄膜杆(4)的中间位置开有活动槽(10)，所述伸缩杆(5)的下端贯穿有电动轴(11)，伸缩杆(5)通过电动轴(11)连接在活动槽(10)内，所述控制器(8)连接并控制所述电动轴(11)。
4.根据权利要求1所述的一种拖拽式太阳能飞机，其特征在于：所述机翼(1)和机身(2)后部分形成的夹角内铺设有倒三角布(12)，在所述倒三角布(12)上铺设有光伏电池。
5.根据权利要求1所述的一种拖拽式太阳能飞机，其特征在于：所述机身(2)的底端铺设有第二电磁电路(13)，所述机身(2)的后端设有电动挂钩(14)，所述控制器(8)连接并控制所述第二电磁电路(13)和电动挂钩(14)。
6.根据权利要求5所述的一种拖拽式太阳能飞机，其特征在于：所述第二电磁电路(13)包括电源以及至少两个与电源串联的螺线圈，以及设在每个螺线圈内的铁芯。
7.一种如权利要求5或6所述的拖拽式太阳能飞机的起落装置，其特征在于：包括跑道本体(15)，以及设在跑道本体(15)上的第三电磁电路(16)，以及设在跑道本体(15)端头处的牵引柱(17)，以及设在牵引柱(17)上的牵引绳(18)，所述第三电磁电路(16)包括电源以及至少两个与电源串联的螺线圈，以及设在每个螺线圈内的铁芯。
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