CN109774916A - 一种采用立体化布局设计的太阳能飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用立体化布局设计的太阳能飞行器，包括前机翼、后机翼、机身、垂直安定面；前机翼设置有上反角与后掠角，并且前机翼与后机翼通过翼尖帆翼连接，形成封闭的三角形结构；垂直安定面可拆卸设置于后机翼底部；机身与前机翼可拆卸连接，并且机身向后延伸至与垂直安定面相连。本发明采用立体化布局设计思想的太阳能飞行器，通过新式设计在充分解决传统太阳能飞行器尺度偏大问题的同时，大幅提高结构效率，有效增强平台的结构刚度，并提高单位尺度上的太阳能利用率及整体气动效率，进而提升该类飞行器实现跨昼夜长时飞行的可行性和载荷能力。

Description

一种采用立体化布局设计的太阳能飞行器

技术领域

本发明涉及航空航天结构技术领域，更具体的说是涉及一种采用立体化布局设计的太阳能飞行器。

背景技术

以太阳能作为未来飞行器的辅助能源甚至主要能源，是人类发展具有方向性和前沿性的重要研究目标。太阳能飞行器是在上世纪70年代随着太阳能电池成本的降低而出现，由于太阳能飞行器飞行不需要自带燃料，为长航时飞行创造了条件，因此，不少发达国家均致力于将太阳能作为能量来源的高空长航时飞行器的研发。

目前的太阳能飞行器主要采用太阳能光伏电池作为主要的供电部件，为获取更多的太阳能能源，一个可行的办法是增加太阳能电池片的铺设面积，这势必会加大太阳能飞行器的外形尺寸，但是过大的尺寸为太阳能飞行器的结构设计带来极大的难题，机场的跑道尺寸、太阳能飞行器的制造与运输往往限制着太阳能飞行器的尺寸；同时为了延长航时，太阳能飞行器大多采用较弱的结构设计以降低重量，故其往往伴随严重的气动弹性问题，导致飞行稳定性、气动效率及操纵效率下降，甚至引发事故。

为此，如何提供一种尺寸与结构相容性良好的太阳能飞行器是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明采用立体化布局设计思想的太阳能飞行器，通过新式设计在充分解决传统太阳能飞行器尺度偏大问题的同时，大幅提高结构效率，有效增强平台的结构刚度，并提高单位尺度上的太阳能利用率及整体气动效率，进而提升该类飞行器实现跨昼夜长时飞行的可行性和载荷能力。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种采用立体化布局设计的太阳能飞行器，包括前机翼、后机翼、机身、和垂直安定面；

所述前机翼设置有上反角与后掠角，并且所述前机翼与所述后机翼通过翼尖帆翼连接，形成封闭的三角形结构；所述垂直安定面可拆卸设置于所述后机翼底部；所述机身与所述前机翼可拆卸连接，并且所述机身向后延伸至与所述垂直安定面相连。

上述技术方案的有益效果是：本发明前机翼上反并且后掠与后机翼在翼尖处相连，不管是前视平面还是俯视平面，机翼翼面都形成封闭的三角形结构，提升了整体机构的刚度与稳定性。

优选的，在上述一种采用立体化布局设计的太阳能飞行器中，所述机身与所述垂直安定面相匹配设置，并且所述机身与所述垂直安定面分散设置于所述前机翼与所述后机翼之间。

上述技术方案的有益效果是：机身与垂直安定面分散支撑于前后机翼之间，各部件之间相互连接形成封闭立体结构，借助于三角形结构的稳定性与类桁架式结构设计，提升整体机构刚度，可降低气动效率损失，降低结构重量与提高抗突风能力。

优选的，在上述一种采用立体化布局设计的太阳能飞行器中，所述垂直安定面顶部设置有短舱，所述短舱位于所述垂直安定面与所述后机翼之间，实现所述垂直安定面与所述后机翼的连接，并且所述短舱前端设置有动力系统。

上述技术方案的有益效果是：垂直安定面为固定的翼面，短舱不仅可以连接后机翼翼面与垂直安定面，同时能够用于装载设备的舱室结构。

进一步地，所述动力系统包括电机、螺旋桨电子调速器等设备，用于为太阳能飞行器的运行提供动力。

优选的，在上述一种采用立体化布局设计的太阳能飞行器中，所述垂直安定面后缘设置有用于操纵偏航姿态的方向舵，并且所述垂直安定面底部固定安装后起落架。

优选的，在上述一种采用立体化布局设计的太阳能飞行器中，所述机身包括中央机身和多个侧机身，多个所述侧机身对称设置于所述中央机身两侧，所述中央机身前端底部固定安装有前起落架，多个所述侧机身前端安装所述动力系统。

需要注意的是，由于前机翼带有上反角，所以机身固定于垂直安定面的的高度位置不同。

优选的，在上述一种采用立体化布局设计的太阳能飞行器中，所述翼尖帆翼与所述前机翼、以及所述翼尖帆翼与所述后机翼均通过连接件可拆卸连接，便于飞行器的安装于维护工作。

优选的，在上述一种采用立体化布局设计的太阳能飞行器中，所述后机翼为平直矩形机翼。

优选的，在上述一种采用立体化布局设计的太阳能飞行器中，所述前机翼与所述后机翼上均设置有操纵面。

上述技术方案的有益效果是：操纵面均匀分散于各个机翼面上，混合操纵控制飞行器的俯仰与滚转等各项姿态，提高操纵效率。

优选的，在上述一种采用立体化布局设计的太阳能飞行器中，所述前机翼、所述后机翼、所述机身表面都均匀安装有太阳能电池板。

上述技术方案的有益效果是：采用均布载荷设计，有利于重量的均匀分布，具体的，由于机翼产生的气动力是沿翼面分布的，载荷均匀分布可减小机翼受载时的剪力、弯矩大小，利于减轻结构重量。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种采用立体化布局设计的太阳能飞行器，飞行时各个部件承受气动力载荷与重力载荷，各个部件通过封闭立体类桁架结构相互支撑，将载荷分散传递，其中翼面是机体中最强的结构，其形成三角形结构可有效控制机体的变形幅度，提高结构效率与稳定性，进而改善传统太阳能飞行器结构刚度较弱，承受载荷后产生较大变形引起的气动弹性问题；

另外，前后机翼翼面皆可产生升力，在达到与已有太阳能飞行器相同载重能力的情况下，可大幅缩小飞行器尺寸，并解决传统太阳能飞行器采用的常规布局与飞翼布局配平后升力损失问题，本发明将前后机翼于翼面梢部连接，可有效限制翼尖诱导涡流，进而提高气动效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明太阳能飞行器的整体结构示意图；

图2附图为本发明太阳能飞行器的俯视图；

图3附图为本发明太阳能飞行器的正视图；

图4附图为本发明太阳能飞行器的侧视图；

图5附图为本发明太阳能飞行器的部分结构示意图一；

图6附图为本发明太阳能飞行器的部分结构示意图二。

在图1中：

1为前机翼、2为后机翼、3为机身、31为中央机身、32为侧机身、4为垂直安定面、5为翼尖帆翼、6为短舱、7为动力系统、8为方向舵、91为后起落架、92为前起落架、10为操纵面。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种采用立体化布局设计的太阳能飞行器，本发明采用立体化布局设计思想的太阳能飞行器，通过新式设计在充分解决传统太阳能飞行器尺度偏大问题的同时，大幅提高结构效率，有效增强平台的结构刚度，并提高单位尺度上的太阳能利用率及整体气动效率，进而提升该类飞行器实现跨昼夜长时飞行的可行性和载荷能力。

参见附图1，本发明提供了一种采用立体化布局设计的太阳能飞行器，包括前机翼1、后机翼2、机身3和垂直安定面4；

前机翼1设置有上反角与后掠角，并且前机翼1与后机翼2通过翼尖帆翼5连接，形成封闭的三角形结构；

垂直安定面4可拆卸设置于后机翼2底部；机身3与前机翼1可拆卸连接，并且机身3向后延伸至与垂直安定面4相连。

为了进一步优化上述技术方案，机身3与垂直安定面4匹配设置，并且机身3与垂直安定面4分散布置于前机翼1与后机翼2之间。

为了进一步优化上述技术方案，垂直安定面4顶部设置有短舱6，短舱6位于垂直安定面4与后机翼2之间，实现垂直安定面4与后机翼2的连接，并且短舱6前端设置有动力系统7。

为了进一步优化上述技术方案，垂直安定面4后缘设置有用于操纵偏航姿态的方向舵8，并且垂直安定面4底部固定安装后起落架91。

为了进一步优化上述技术方案，机身3包括中央机身31和多个侧机身32，多个侧机身32对称设置于中央机身31两侧；并且中央机身31前端底部固定安装前起落架92，多个侧机身32前端安装动力系统7。

为了进一步优化上述技术方案，翼尖帆翼5与前机翼1、以及翼尖帆翼5与后机翼2均通过连接件可拆卸连接。

为了进一步优化上述技术方案，后机翼2为平直矩形机翼。

为了进一步优化上述技术方案，前机翼1、后机翼2、机身3表面都均匀安装有太阳能电池板。

为了进一步优化上述技术方案，前机翼1的上反角大于5度，后掠角大于10度。

为了进一步优化上述技术方案，前机翼1与后机翼2均根据机身3的数量划分为若干模块，其中前机翼1靠近中央机身31的内侧模块后缘设置有操纵面10，后机翼2远离中央机身32的外侧模块后缘设置有操纵面10。

分散的操纵面混合控制飞行姿态，能降低较弱的结构刚度，带来的操纵面气动弹性问题；由于操纵面位置距重心位置越远操纵效率越高，所以将操纵面设置在前翼根部与后翼梢部。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种采用立体化布局设计的太阳能飞行器，其特征在于，包括前机翼(1)、后机翼(2)、机身(3)和垂直安定面(4)；

所述前机翼(1)设置有上反角与后掠角，并且所述前机翼(1)与所述后机翼(2)通过翼尖帆翼(5)连接，形成封闭的三角形结构；

所述垂直安定面(4)可拆卸设置于所述后机翼(2)底部；所述机身(3)与所述前机翼(1)可拆卸连接，并且所述机身(3)向后延伸至与所述垂直安定面(4)相连。

2.根据权利要求1所述的一种采用立体化布局设计的太阳能飞行器，其特征在于，所述机身(3)与所述垂直安定面(4)匹配设置，并且所述机身(3)与所述垂直安定面(4)分散布置于所述前机翼(1)与所述后机翼(2)之间。

3.根据权利要求1所述的一种采用立体化布局设计的太阳能飞行器，其特征在于，所述垂直安定面(4)顶部设置有短舱(6)，所述短舱(6)位于所述垂直安定面(4)与所述后机翼(2)之间，实现所述垂直安定面(4)与所述后机翼(2)的连接，并且所述短舱(6)前端设置有动力系统(7)。

4.根据权利要求1所述的一种采用立体化布局设计的太阳能飞行器，其特征在于，所述垂直安定面(4)后缘设置有用于操纵偏航姿态的方向舵(8)，并且所述垂直安定面(4)底部固定安装后起落架(91)。

5.根据权利要求1所述的一种采用立体化布局设计的太阳能飞行器，其特征在于，所述机身(3)包括中央机身(31)和多个侧机身(32)，多个所述侧机身(32)对称设置于所述中央机身(31)两侧；并且所述中央机身(31)前端底部固定安装前起落架(92)，多个所述侧机身(32)前端安装所述动力系统(7)。

6.根据权利要求1所述的一种采用立体化布局设计的太阳能飞行器，其特征在于，所述翼尖帆翼(5)与所述前机翼(1)、以及所述翼尖帆翼(5)与所述后机翼(2)均通过连接件可拆卸连接。

7.根据权利要求1所述的一种采用立体化布局设计的太阳能飞行器，其特征在于，所述后机翼(2)为平直矩形机翼。

8.根据权利要求1所述的一种采用立体化布局设计的太阳能飞行器，其特征在于，所述前机翼(1)与所述后机翼(2)上均设置有操纵面(10)。

9.根据权利要求1所述的一种采用立体化布局设计的太阳能飞行器，其特征在于，所述前机翼(1)、所述后机翼(2)、所述机身(3)表面都均匀安装有太阳能电池板。

10.根据权利要求1所述的一种采用立体化布局设计的太阳能飞行器，其特征在于，所述前机翼(1)的上反角大于5度，后掠角大于10度。