某太阳能无人机能源装置设计与制造研究

发布时间：2020-06-12 13:32

【摘要】：化石能源的大规模开发利用推动了人类文明的加速发展。然而随着化石能源的逐渐枯竭,以及由于化石能源所带来的环境污染问题的不断加剧,人类急需寻找一种可替换的清洁能源。于是绿色无污染的太阳能逐渐走入了人们的视野。尤其对于航空业这样污染物排放量大的领域来说,太阳能飞机的出现为航空业的发展提供了一个新的发展方向。长航时、大展弦比、飞行高度高是太阳能飞机区别于其他飞行器最显著的特点。为了确保太阳能飞机能够长时间稳定的飞行,需要保证太阳能飞机各能源装置的工作安全性和有效性。本文根据太阳能飞机的气动特点及工作环境对某太阳能无人机能源装置进行了分析和研究,旨在提高该型号太阳能无人机能源装置的可靠性和持久性。本文首先对太阳能飞机能源系统进行了简单介绍,且进一步对能源装置做了详细的介绍,并完成了理论模型的构建;然后又对太阳能飞机飞行环境中的光照强度、大气密度、大气压强、太阳位置等相关参数进行了分析研究并建模。同时研究了一种适合某太阳能无人机的太阳能电池柔性封装方法,并完成了封装前后的对比分析实验。最后对Matlab/Simulink模拟仿真的结果进行分析,得出影响太阳能飞机飞行参数的主要因素,并得出太阳能飞机能量计算方法,以及提高太阳能飞机续航时间的方法。
【图文】：

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度为 3kg/m2，这个数据远低于现有的其他类型飞行器。而与此同时它的展弦比还达超高的 31。“探路者号”太阳能飞机在空中飞行的过程中机翼翘曲量达到了整个机长的 6%，机翼最大上反角角度几乎超过 50°[7]。在如此大的机翼弹性变形情况下，所设计的原有气动外型已经大幅改变，不再完全满足原有以线弹性假设为基础的飞学数据和计算方法；而且传统的机构动、静力学分析的相关算法也不能够满足有限拟分析的要求。伴随着机翼大幅度的翘曲和变形还会改变整架飞机的空气阻力、受及重心等情况。太阳能飞机机翼的结构固有振动频率与飞行动态频率较为接近，易耦合性的动力学共振。“太阳神号”也曾经在 2003 年的一次试飞过程中，由于突发紊流导致整架飞机空中解体。无独有偶 2017 年 7 月 28 日中国研制的太阳能无人机“号”在进行试飞试验过程中，突遇低空强气流，使得机翼扭转超出本身结构强度，产生大幅度颤振，最终不得不暂停试飞并成功迫降。

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度为 3kg/m2，，这个数据远低于现有的其他类型飞行器。而与此同时它的展弦比还达超高的 31。“探路者号”太阳能飞机在空中飞行的过程中机翼翘曲量达到了整个机长的 6%，机翼最大上反角角度几乎超过 50°[7]。在如此大的机翼弹性变形情况下，所设计的原有气动外型已经大幅改变，不再完全满足原有以线弹性假设为基础的飞学数据和计算方法；而且传统的机构动、静力学分析的相关算法也不能够满足有限拟分析的要求。伴随着机翼大幅度的翘曲和变形还会改变整架飞机的空气阻力、受及重心等情况。太阳能飞机机翼的结构固有振动频率与飞行动态频率较为接近，易耦合性的动力学共振。“太阳神号”也曾经在 2003 年的一次试飞过程中，由于突发紊流导致整架飞机空中解体。无独有偶 2017 年 7 月 28 日中国研制的太阳能无人机“号”在进行试飞试验过程中，突遇低空强气流，使得机翼扭转超出本身结构强度，产生大幅度颤振，最终不得不暂停试飞并成功迫降。
【学位授予单位】：沈阳航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V279

【参考文献】