太阳能无人机总体设计研究

发布时间：2021-09-02 01:03

　　太阳能无人机因其节能环保、续航时间长、可以低空飞行无噪声,被世界各个科研机构和高校进行重点研究。作为续航能力的关键,解决能量利用率和飞机气动效率极为重要,这些问题也是太阳无人机的关键技术。随着科技的进步,能量转化率提高、能量密度的提升、各种先进的复合材料出现,作为清洁能源,并且能高空长航时飞行的太阳能无人机,将会是未来的重点研究方向。在整个太阳能无人机研发过程中,必须要有大展弦比的机翼来提供良好的滑翔性能和铺设大面积的太阳能电池片。大展弦比气动布局在很多太阳能飞机上都正在采用,但是这种布局会带来相应的稳定性和控制性的不足。通过特别的前置鸭翼和翼身融合将会解决大展弦比机翼带来的种种缺点。本文根据设计目标进行了一种新的气动布局设计,提出了前置鸭翼和翼身融合的布局方式,完成了总体设计、用CFD软件模拟分析气动特性、完成了飞机总体布置、各项飞行性能计算分析并得到该设计的三维模型。最后为该太阳能无人机设计了专属的飞行姿态稳定控制系统控制方案。 

【文章来源】：沈阳航空航天大学辽宁省

【文章页数】：57 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

太阳能挑战者1998年11月10日，有美国瓦伊伦门特公司研制的“百人队长”号太阳能无人机在爱德华空军基地起飞，飞行了1小时22分钟

图 1.2 探索者号太阳神号，全机重量 590 公斤，翼展 75 米，飞行速度 30 公里至 50 公里每生于美国 AeroVironment 公司，耗资约 1500 万美元制造出来。其特点是有两大的机翼，其机身长度仅为 2.4 米，但是机翼翼展确是长达 75 米，这让波音都望尘莫及。太阳神号上装有 14 个螺旋桨。在清晨阳光不是很充足的状态电池就可以提供 10 千瓦的电力，让飞机能够以每秒 33 米的上升速度进行爬正午，太阳能电池吸收并提供给电动机的功率可以达到 40 千瓦。在 2011 年，飞行高度达至 22800 米，随后研究人员预测“太阳神”号最高可飞到海拔 30

图 1.3 太阳神号天空使者号，看上去像是个太阳能飞机，实则它是瑞士联邦理工学院和欧洲宇航合作设计的一款太阳能为动力的火星科研飞行器。设计人员认为，随着技术的进步，就得将来天空使者就能抵达火星轨道飞行。天空使者首台原型机是通过手动发射起飞该飞机在空中持续飞行了 5 小时。飞机内部安装有 216 块单晶硅太阳能电池片，在太光充足的条件下，可以给电动机输出 80 瓦的功率。该飞机内部空间可以装载一些高技设备，比如数字传感器、电荷耦合相机。当飞机自动驾驶出现故障时，还可以通过面控制站接手飞机的控制权。


本文编号：3377997