基本信息
- 项目名称：
- 新型布局长航时载机--“夸父”飞翼布局太阳能飞机
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- “夸父”，作为飞翼布局太阳能飞机的初始设计，以超轻量柔性太阳能电池作为能源维持它长时间留空。高效的飞翼布局和高效率的太阳能电源管理设备是“夸父 ”的关键。白昼收集到的太阳能，部分用于动力推进和电子设备，另一部分则是储存并用于夜间飞行。在无动力滑翔状态，依靠上升气流，增加留空的时间。在动力飞行状态，改变航向或爬升高度。
- 详细介绍：
- 太阳能飞机是应用太阳能电池，将太阳能辐射直接转换为电能。太阳能电池无运动部件，可小型化，不需要持续消耗一次性能源，因此非常适于作为高空长航时飞机的能源。多个太阳能电池为一个组件，而多个组件可串成一排电池方阵，电池方阵再并联，就可获得可观的电力。 太阳能飞机采用飞翼布局的五大优势 1、飞翼式布局省去了常规的机身和尾翼，因此可大大减轻重量，降低形状阻力，由于绝大部分面积的机体都能产生升力，在同等推力的条件下，飞翼布局相最大起飞重量要比常规的大，能允许更大的载荷。 2、在巡航飞行中，由于飞翼布局的升阻比比常规布局要高，需求推力比常规的要低。反过来说在给定航程、载重量的条件下，飞翼布局要的推力少，功率损耗少。 3、飞翼简单的构造有利于结构强度的增加和结构重量的减小，减少大展弦比带来的种种隐患，降低了技术风险的同时，建造成本也更低。 4、飞翼布局主体是宽敞的机翼，除了机体内方便布置控制设备、电池和各种设备外，上下表面面积大，提供较大的太阳能电池的安装面积。 5、重量分配更优。可行的横向载重设计使载荷和飞机自身重量更均衡地分配在翼面上。消除了对过多的结构重量的需要。 同时为了降低全机重量，机翼将采用先进的复合材料制造，高效柔性薄膜太阳能电池作为其蒙皮。同时采用能量密度要达到200Wh/kg以上锂聚合物电池，并集成于机翼结构内部。高效的峰值功率追踪器时刻令太阳能电池发电功率最大化，并采用交替供能的能源系统进一步稳定能源。 1、柔性薄膜太阳电池可与机体曲面贴合，气动效率大大提高。 2、高能量密度的储能器和合理能源结构将大大降低全机重量，减低功耗。 3、峰值功率追踪器提高从太阳电池获得的功率。 4、交替供能控制系统的出现解决了太阳能电池供电不稳定的难题。 5、白昼收集到的太阳能，一部分用于动力推进和电子设备，另一部分则是储存并用于夜间飞行。在无动力滑翔状态，依靠捕捉上升气流，增加留空的时间。在动力飞行状态，依靠储存的能量改变航向或爬升高度。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 从设计一架长航时飞机出发，创造出一架飞行时间更长，载重更大的太阳能飞机，使其适用于各种不同任务，并由此发展出一系列翼展不同，适应性广的载机平台。 由太阳能载机的各项需求，在设计中，将选用柔性薄膜太阳能电池作为能源，高效的飞翼布局和高效率的太阳能电源管理设备。 新布局：相较于采用常规布局的太阳能飞机，飞翼布局较高的结构效率和气动效率，在减少飞机的重量和尺寸的同时，能够提高其载荷能力。而且该布局更大范围的采光面积也同样有利于太阳能收集。 更高效的能源系统：高能量密度和高效率的储能器技术将大大降低全机重量，有利于节省能源，提供更加持久的续航时间，柔性的太阳能电池的选用在不破坏气动效率的前提下增加发电量。
科学性、先进性
- 采用柔性飞翼布局的“太阳神”由于其飞行中遭遇强湍流，引起两个翼端向上弯，超出飞机结构的扭曲极限而解体。而“绿色先锋”采用复合飞翼布局，一方面增加了其摄取阳光的表面积和结构强度，但是另一方面确增加了其结构的复杂性，飞行阻力和重量大增。 与他们相比较，“夸父”的布局优势是相当明显的。结构更简单，强度更高。 “夸父”没有首创地采用柔性薄膜电池和锂聚合物电池，但是，其选取当前最好最适用的电池，并采用提高效率的峰值功率追踪器。整个能源系统的设计更高效，能够提供更加持久的续航时间。
获奖情况及鉴定结果
- 暂无
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 成套设备引进和转让
作品可展示的形式
- 模型以及图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 适用性广： 移动通信中继，发生地震、洪灾或者森林火灾时，可以替代中断的通信，使受灾地区与外界保持联络； 天气研究和预报，在台风上空飞行，跟踪和检测暴风雨； 环境监控平台，石油、天然气管道、高压线巡视，农业、机场驱鸟，遥感测量； 空中指挥系统，在预定空域长时间盘旋侦查敌情，校炮或者为战机指引攻击目标。
同类课题研究水平概述
- 1974年11月4日，世界上第一架太阳能飞机Sunrise I在4096块太阳电池的驱动下缓缓地离开了地面，这次成功的飞行标志着太阳能飞行时代的来临。此后的二十几年中，由于相关技术的落后，太阳能飞机发展缓慢。直到20世纪末，随着太阳电池效率、二次电源能量密度的提高，以及微电子技术、新材料技术等的发展，太阳能飞机终于驶上了飞速发展的快车道。 1.Sunbeam I,“百人队长”（Centurion）,“太阳神”（Helios）,SoLong ,西风（Zephyr）（美国） 2.“墨卡托”（Mecrator）（英国） 3.“太阳能平台”（Heliplat）（意大利） 4.“阳光动力”（Solar Impulse）,“天空使者”Sky-sailor（瑞士） 5.“绿色先锋”(中国) 篇幅有限，不一一概述，主要特点如下： 机体平台，大多采用成熟的常规气动布局，部分采用新型布局，如，柔性飞翼、复合飞翼布局。 能源系统，目前多数采用的为转化效率15%~20%的单晶硅太阳电池，部分采用了多晶硅太阳电池。储能器多为能量密度150Wh/kg左右的锂电池，部分太阳能飞机采用了爬高方式储能或能量密度450~600Wh/kg的可再生燃料电池储能。 推进系统。多采用分布式推进系统，并以直驱方式为主，只在小型太阳能飞机上采用减速驱动方式以提高螺旋桨效率。
