CN110040239A - 一种模块化可更换的无人机光伏蒙皮结构 - Google Patents
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Abstract
本发明专利公开了一种模块化可更换的无人机光伏蒙皮结构，针对无人机蒙皮性能要求及铺装特性，具有强度高，耐冲击性能好，结构轻等优点，蒙皮材料与太阳电池板采用一体化赋形，对于易碎的太阳电池起到很好的保护作用，具有较好的流线性能与力学强度。蒙皮采用模块化设计，以单个肋位为单位，适应机翼本身曲面特性，并具有光电转换性能，单个模块间均设计了即插即用式的电路接口以及与总体对接的机械固定接口，因此可实现无人机光伏蒙皮的多次装配和拆卸，具有很好的可更换性。
Description
技术领域：
本发明为一种应用在无人机上的模块化光伏蒙皮结构，属于航空航天器能源系统技术领域。
背景技术：
近年来，临近空间领域成为各国关注的重点区域，以太阳能作为临近飞行器的辅助能源乃至主要能源是该领域发展的重要方向，因此太阳能无人机也成为各国研究的重点。太阳电池阵作为太阳能无人机能量的主要来源，其重要性不言而喻。
无人机蒙皮结构作为无人机机翼等部位外表的主要大型薄壁零件，其特点在于高强度、轻量化，可有效维持飞机外形，具备较好的气动特性。
一般来说，太阳电池阵与无人机蒙皮采用直接胶黏贴覆的方式结合在一起。无人机总体安装蒙皮完成以后，将封装好的太阳电池组件按一定的区域布局顺次贴覆在蒙皮上。该方法的优点在于：工艺操作步骤简单常规，具备普遍性和通用性。因此大部分太阳能无人机均采取该种方式。但是，随着无人机生产制造的规模不断增大，制造成本与工期不断缩减，该种结合方式的劣势不断显现，如贴覆效率低下，电池模块无法维修更替等。
发明内容：
本发明专利的内容是设计一种适用于太阳能无人机的光伏蒙皮结构，解决上述现有技术缺陷，实现光伏蒙皮的模块化与可更换化。
本发明所采用的技术方案是：提供了一种模块化可更换的无人机光伏蒙皮结构，包括封装后集成化太阳电池模块、无人机用蒙皮材料、预留电路接口、预留安装结构接口；所述的太阳电池模块通过真空胶粘压合的方式与印制电路一体化封装在先进高分子聚合物材料的背面；所述无人机用蒙皮材料包括增强玻璃纤维布以及强化轻质泡沫通过胶粘剂上下依次固化、压合并成型在太阳电池模块的背面，其尺寸大小按照机翼肋位设计图纸所确定，印制电路边缘有线路输出端设计为预留的电路接口，成型的光伏蒙皮预留安装结构接口，用于连接蒙皮与总体的结构安装。
太阳电池组件与无人机蒙皮一体化成型，对于易碎的薄化晶体硅太阳电池可以起到很好的保护作用，防止在贴覆、安装以及使用过程中出现碎片影响输出性能的情况。
模块化的光伏蒙皮结构具有结构轻便，体积小等优势，预留与总体结构相匹配的安装接口，方便运输、安装等实际操作。
光伏蒙皮结构在模块与模块间留有插拔式电路接口，在模块与总体肋位间留有卡口式机械安装接口，因此该类光伏蒙皮能够实现多次安装与拆卸，具有高度可更替性，有效缩短飞机制造工时，可大幅度降低成本。
该类光伏蒙皮面密度较低，利用环氧树脂将高强度蒙皮材料固化成型在太阳能电池组件背面，形成夹心结构，有利于实现蒙皮材料的约束固化成型，可有效提高蒙皮结构的强度与耐冲击性能，以及贴合与机翼曲面的流体化赋形。
提出了光伏蒙皮一体化，以及蒙皮模块化可更替化的概念，该技术可广泛应用于临近空间太阳能飞行器等领域，对于无人机低成本快速制造与装配具有很大的意义。
附图说明：
图1是本发明实施例的一种模块化可更换的无人机光伏蒙皮结构示意图。
图2是本发明实施例的电路接口局部示意图。
具体实施方案：
下面结合实例和附图，对本发明专利做进一步的说明，但本发明专利的实施方式不仅限如此。
参见图1，本发明专利所述的模块化可更换的无人机光伏蒙皮结构示意图如图所示，具体包括：封装后集成化太阳电池模块1、无人机用蒙皮材料2、预留电路接口3、预留安装结构接口4组成。
所述太阳电池模块1把薄化单晶硅太阳电池按照一定的结构和电气方式进行设计，作为电性能输出的单元，该单元在尺寸上适应无人机单个肋位，在电路上的设计满足总体母线电压及功率需求。太阳电池模块1内部的串并联电路均以柔性印制电路的形式呈现，利用先进高分子聚合物材料将太阳电池与印制电路一体化封装。
所述无人机用蒙皮材料2由多层材料复合设计，包括增强玻璃纤维布以及强化轻质泡沫，材料间的复合常采用但不限于环氧树脂等胶黏剂。玻璃纤维布厚度在0.1-0.5mm。强化轻质泡沫常采用但不限于PMI泡沫，厚度在1～7mm。
所述预留电路接口3由印制电路板上设计实现与模块内部电池回路互联，又能够与其他模块连接的准母线，其中准母线的设计应考虑发热量与设计功率的大小，采用特殊的平面式插拔结构，实现光伏蒙皮模块之间稳固电路连接。
所述预留安装结构接口4由固化成型后的蒙皮模块外部边缘加工为与总体肋位内部边缘相匹配的槽型卡口设计，以实现蒙皮与总体间的结构安装与固定。
所述太阳电池模块1通过真空胶粘压合的方式与印制电路一体化封装在先进高分子聚合物材料的背面，无人机用蒙皮材料2包括增强玻璃纤维布以及强化轻质泡沫通过环氧树脂等胶粘剂在磨具中上下依次固化、压合并成型在太阳电池模块1的背面，实现光伏蒙皮的一体化赋形。
Claims (8)
1.一种模块化可更换的无人机光伏蒙皮结构，其特征在于，包括封装后集成化太阳电池模块(1)、无人机用蒙皮材料(2)、预留电路接口(3)、预留安装结构接口(4)；所述的太阳电池模块(1)通过真空胶粘压合的方式与印制电路一体化封装在先进高分子聚合物材料的背面；所述无人机用蒙皮材料(2)包括增强玻璃纤维布以及强化轻质泡沫通过胶粘剂上下依次固化、压合并成型在太阳电池模块(1)的背面，其尺寸大小按照机翼肋位设计图纸所确定，印制电路边缘有线路输出端设计为预留的电路接口(3)，成型的光伏蒙皮预留安装结构接口(4)，用于连接蒙皮与总体的结构安装。
2.根据权利要求书1所述一种模块化可更换的无人机光伏蒙皮结构，其特征在于，所述太阳电池模块(1)为薄化单晶硅太阳电池按照一定的结构和电气方式进行设计，作为电性能输出的单元，该单元在尺寸上适应无人机单个肋位，在电路上的设计满足总体母线电压及功率需求。
3.根据权利要求书1所述一种模块化可更换的无人机光伏蒙皮结构，其特征在于，所述太阳电池模块(1)内部的串并联电路均以柔性印制电路的形式呈现，利用先进高分子聚合物材料将太阳电池与印制电路一体化封装。
4.根据权利要求书1所述一种模块化可更换的无人机光伏蒙皮结构，其特征在于，所述无人机用蒙皮材料(2)采用多层材料复合设计，包括增强玻璃纤维布以及强化轻质泡沫，材料间的复合常采用环氧树脂进行胶黏。
5.根据权利要求书1所述一种模块化可更换的无人机光伏蒙皮结构，其特征在于，所述增强玻璃纤维布厚度在0.1-0.5mm。
6.根据权利要求书1所述一种模块化可更换的无人机光伏蒙皮结构，其特征在于，所述强化轻质泡沫采用PMI泡沫，厚度在1～7mm。
7.根据权利要求书1所述一种模块化可更换的无人机光伏蒙皮结构，其特征在于，所述预留电路接口(3)为印制电路板上设计实现与模块内部电池回路互联，能够与其他模块连接的准母线，其中准母线的设计应考虑发热量与设计功率的大小，采用特殊的平面式插拔结构，实现光伏蒙皮模块之间稳固电路连接。
8.根据权利要求书1所述一种模块化可更换的无人机光伏蒙皮结构，其特征在于，所述预留安装结构接口(4)为固化成型后的蒙皮模块外部边缘加工为与总体肋位内部边缘相匹配的槽型卡口设计，以实现蒙皮与总体间的结构安装与固定。
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