CN112644686A - 一种串列翼布局太阳能无人机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种串列翼布局太阳能无人机，涉及无人机技术领域，包括：机身，机身的前端为机舱，机身的后端为机身杆；上翼和下翼，分别设置于机舱的上侧和下侧，上翼与下翼通过设置于机舱两侧的侧板相连接，形成框式结构；太阳能电池板，铺设于上翼和下翼的上表面；尾翼，设置于机身杆的尾部；螺旋桨，设置于机舱的前端；起落架，设置于串列翼布局太阳能无人机的下侧；该串列翼布局太阳能无人机具有上翼和下翼，增加有效机翼面积，翼载低；增加了机翼面积，扩大太阳能电池板铺设面积；上翼与下翼通过侧板连接形成框式结构，提高结构刚度、减小机翼变形；降低飞行速度，降低飞行功耗。

Description

一种串列翼布局太阳能无人机
技术领域
本发明属于无人机技术领域，更具体地，涉及一种串列翼布局太阳能无人机。
背景技术
太阳能无人机是以太阳辐射为能量来源的电动无人飞行器，白天依靠太阳电池维持正常飞行，多余太阳能储存为蓄电池电能和转化成高度势能，夜晚再通过蓄电池电能和滑翔来持续飞行。目前太阳无人机的主要短板在于能源系统的低能量密度，因此需要尽量“多产能”、“少耗能”，以提高无人机的性能。达到“多产能”的技术途径是采用高效率的太阳电池板和铺装更多的太阳电池板来增加能量获取，达到“少耗能”的技术途径是通过大升力、高升阻比、低翼载的布局形式和高效率的能量利用率来减小飞行功耗。
现有的常规布局和飞翼布局太阳能无人机大多只有一个机翼，存在以下不足：(1)有效升力面小，无人机的翼载高；(2)机翼面积小，太阳能电池板铺装空间有限；(3)机翼多为大展弦比的细长结构，弯曲和扭转变形大，大变形对全机气动特性和操稳特性有不利影响；(4)飞行速度较高，飞行功耗大。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的不足，提供一种串列翼布局太阳能无人机，具有上翼和下翼，增加有效机翼面积，翼载低；增加了机翼面积，扩大太阳能电池板铺设面积；上翼与下翼通过侧板连接形成框式结构，提高结构刚度、减小机翼变形；降低飞行速度，降低飞行功耗。
为了实现上述目的，本发明提供一种串列翼布局太阳能无人机，包括：
机身，所述机身的前端为机舱，所述机身的后端为机身杆；
上翼和下翼，分别设置于所述机舱的上侧和下侧，所述上翼与所述下翼通过设置于所述机舱两侧的侧板相连接，形成框式结构；
太阳能电池板，铺设于所述上翼和所述下翼的上表面；
尾翼，设置于所述机身杆的尾部；
螺旋桨，设置于所述机舱的前端；
起落架，设置于所述串列翼布局太阳能无人机的下侧。
可选地，所述机舱为椭球状，所述机舱内部设置有蓄电池、电机和机载航电设备，所述蓄电池与所述太阳能电池板相连接，所述电机的输出端与所述螺旋桨相连接。
可选地，所述上翼包括中间翼段和外翼段，所述中间翼段设置于所述机舱的上侧，所述外翼段设置于所述中间翼段的两侧。
可选地，所述外翼段的后缘设置有副翼。
可选地，所述中间翼段为矩形，所述外翼段为梯形。
可选地，所述外翼段的一端与所述中间翼段连接并形成上反角。
可选地，所述下翼为矩形，所述下翼的两端通过所述侧板与所述上翼的下表面相连接，形成矩形框式结构。
可选地，所述起落架包括两个主轮和一个尾轮，两个主轮分别设置于两个所述侧板的下端，所述尾轮设置在所述尾翼下方。
可选地，所述尾翼包括平尾和垂尾，所述平尾的一端与所述机身杆的尾端连接，所述垂尾设置于所述平尾的后端。
可选地，所述平尾的后缘设置有升降舵，所述垂尾的后缘设置有方向舵。
本发明提供一种串列翼布局太阳能无人机，其有益效果在于：
1、该串列翼布局太阳能无人机具有上翼和下翼，增加有效机翼面积，翼载低；增加了机翼面积，扩大太阳能电池板铺设面积；上翼与下翼通过侧板连接形成框式结构，提高结构刚度、减小机翼变形；降低飞行速度，降低飞行功耗；
2、该串列翼布局太阳能无人机的侧板为起落架的主轮提供了安装位置，简化该串列翼布局太阳能无人机的整体结构，并且便于起落架的安装；
3、该串列翼布局太阳能无人机通过增加了下翼，使得机翼的升力系数变大。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明的一个实施例的一种串列翼布局太阳能无人机的三维结构示意图。
图2示出了根据本发明的一个实施例的一种串列翼布局太阳能无人机的主视结构示意图。
图3示出了根据本发明的一个实施例的一种串列翼布局太阳能无人机的俯视结构示意图。
图4示出了根据本发明的一个实施例的一种串列翼布局太阳能无人机的侧视结构示意图。
附图标记说明：
1、机身；2、机舱；3、机身杆；4、上翼；5、下翼；6、侧板；7、太阳能电池板；8、螺旋桨；9、中间翼段；10、外翼段；11、副翼；12、主轮；13、尾轮；14、平尾；15、垂尾；16、升降舵；17、方向舵。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本发明提供一种串列翼布局太阳能无人机，包括：
机身，机身的前端为机舱，机身的后端为机身杆；
上翼和下翼，分别设置于机舱的上侧和下侧，上翼与下翼通过设置于机舱两侧的侧板相连接，形成框式结构；
太阳能电池板，铺设于上翼和下翼的上表面；
尾翼，设置于机身杆的尾部；
螺旋桨，设置于机舱的前端；
起落架，设置于串列翼布局太阳能无人机的下侧。
具体的，该串列翼布局太阳能无人机的上翼和下翼同时作为该串列翼布局太阳能无人机的升力面，提升机翼的升力系数；下翼还增加了有效机翼面积，同等全机总重下的翼载更低；低翼载、高升力系数的特点减小飞行速度，降低飞行功耗；并且太阳能电池板的铺设面积更大，可以铺设更多的太阳能电池板以提高续航能力；侧板将上翼和下翼连接成框式结构，提高结构刚度。
在一个示例中，上翼采用高升力高升阻比翼型和大展弦比布局，下翼采用高升力、高升阻比翼型，多个太阳能电池板在上翼和下翼上铺设形成太阳能电池阵。
可选地，机舱为椭球状，机舱内部设置有蓄电池、电机和机载航电设备，蓄电池与太阳能电池板相连接，电机的输出端与螺旋桨相连接。
具体的，蓄电池能够储存电能提高夜晚续航能力。
可选地，上翼包括中间翼段和外翼段，中间翼段设置于机舱的上侧，外翼段设置于中间翼段的两侧。
具体的，中间翼段的中部与机舱上侧相连接。
可选地，外翼段的后缘设置有副翼。
具体的，副翼作为操纵面，用于该串列翼布局太阳能无人机的航向操纵。
可选地，中间翼段为矩形，外翼段为梯形。
可选地，外翼段的一端与中间翼段连接并形成上反角。
具体的，外翼段的一端与中间翼段连接并形成夹角，外翼段的另一端向上倾斜。
可选地，下翼为矩形，下翼的两端通过侧板与上翼的下表面相连接，形成矩形框式结构。
具体的，侧板为平行四边形，矩形框式结构能够起到加强整机结构刚度和强度的作用，减小飞行时机翼的变形。
可选地，起落架包括两个主轮和一个尾轮，两个主轮分别设置于两个侧板的下端，尾轮设置在尾翼下方。
具体的，侧板连接上翼和下翼，兼做起落架安装件，简化整机结构，节省成本，方便主轮的安装。
可选地，尾翼包括平尾和垂尾，平尾的一端与机身杆的尾端连接，垂尾设置于平尾的后端。
具体的，平尾作为该串列翼布局太阳能无人机的水平安定面，采用矩形外形；垂尾作为该串列翼布局太阳能无人机的垂直安定面，采用矩形外形。
在一个示例中，尾轮设置在垂尾的下端。
可选地，平尾的后缘设置有升降舵，垂尾的后缘设置有方向舵。
具体的，升降舵、方向舵和副翼都作为操纵面，三者配合实现对全机的横向操纵和纵向操纵。
实施例
如图1至图4所示，本发明提供一种串列翼布局太阳能无人机，包括：
机身1，机身1的前端为机舱2，机身1的后端为机身杆3；
上翼4和下翼5，分别设置于机舱2的上侧和下侧，上翼4与下翼5通过设置于机舱2两侧的侧板6相连接，形成框式结构；
太阳能电池板7，铺设于上翼4和下翼5的上表面；
尾翼，设置于机身杆3的尾部；
螺旋桨8，设置于机舱2的前端；
起落架，设置于串列翼布局太阳能无人机的下侧。
在本实施例中，机舱2为椭球状，机舱2内部设置有蓄电池、电机和机载航电设备，蓄电池与太阳能电池板7相连接，电机的输出端与螺旋桨8相连接。
在本实施例中，上翼4包括中间翼段9和外翼段10，中间翼段9设置于机舱2的上侧，外翼段10设置于中间翼段9的两侧。
在本实施例中，外翼段10的后缘设置有副翼11。
在本实施例中，中间翼段9为矩形，外翼段10为梯形。
在本实施例中，外翼段10的一端与中间翼段9连接并形成上反角。
在本实施例中，下翼5为矩形，下翼5的两端通过侧板6与上翼4的下表面相连接，形成矩形框式结构。
在本实施例中，起落架包括两个主轮12和一个尾轮13，两个主轮12分别设置于两个侧板6的下端，尾轮13设置在尾翼下方。
在本实施例中，尾翼包括平尾14和垂尾15，平尾14的一端与机身杆3的尾端连接，垂尾15设置于平尾14的后端。
在本实施例中，平尾14的后缘设置有升降舵16，垂尾15的后缘设置有方向舵17。
综上，本发明提供的串列翼布局太阳能无人机飞行时，上翼4和下翼5同时作为该串列翼布局太阳能无人机的升力面，提升机翼的升力系数，下翼5的设置可以将全机巡航升力系数提高到1.3以上；下翼5还增加了有效机翼面积，同等全机总重下的翼载更低；低翼载、高升力系数的特点减小飞行速度，降低飞行功耗；并且太阳能电池板7的铺设面积更大，可以铺设更多的太阳能电池板7以提高续航能力；侧板6将上翼4和下翼5连接成框式结构，提高结构刚度，减小机翼变形，并且侧板6下端可以方便地安装起落架主轮12，简化整机结构，方便主轮12的安装。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种串列翼布局太阳能无人机，其特征在于，包括：
机身，所述机身的前端为机舱，所述机身的后端为机身杆；
上翼和下翼，分别设置于所述机舱的上侧和下侧，所述上翼与所述下翼通过设置于所述机舱两侧的侧板相连接，形成框式结构；
太阳能电池板，铺设于所述上翼和所述下翼的上表面；
尾翼，设置于所述机身杆的尾部；
螺旋桨，设置于所述机舱的前端；
起落架，设置于所述串列翼布局太阳能无人机的下侧。
2.根据权利要求1所述的串列翼布局太阳能无人机，其特征在于，所述机舱为椭球状，所述机舱内部设置有蓄电池、电机和机载航电设备，所述蓄电池与所述太阳能电池板相连接，所述电机的输出端与所述螺旋桨相连接。
3.根据权利要求1所述的串列翼布局太阳能无人机，其特征在于，所述上翼包括中间翼段和外翼段，所述中间翼段设置于所述机舱的上侧，所述外翼段设置于所述中间翼段的两侧。
4.根据权利要求3所述的串列翼布局太阳能无人机，其特征在于，所述外翼段的后缘设置有副翼。
5.根据权利要求3所述的串列翼布局太阳能无人机，其特征在于，所述中间翼段为矩形，所述外翼段为梯形。
6.根据权利要求5所述的串列翼布局太阳能无人机，其特征在于，所述外翼段的一端与所述中间翼段连接并形成上反角。
7.根据权利要求1所述的串列翼布局太阳能无人机，其特征在于，所述下翼为矩形，所述下翼的两端通过所述侧板与所述上翼的下表面相连接，形成矩形框式结构。
8.根据权利要求7所述的串列翼布局太阳能无人机，其特征在于，所述起落架包括两个主轮和一个尾轮，两个主轮分别设置于两个所述侧板的下端，所述尾轮设置在所述尾翼下方。
9.根据权利要求1所述的串列翼布局太阳能无人机，其特征在于，所述尾翼包括平尾和垂尾，所述平尾的一端与所述机身杆的尾端连接，所述垂尾设置于所述平尾的后端。
10.根据权利要求9所述的串列翼布局太阳能无人机，其特征在于，所述平尾的后缘设置有升降舵，所述垂尾的后缘设置有方向舵。
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