翼盤式太陽能飛行器的研究與設(shè)計.pdf

1、太陽能飛行器是一類將太陽能作為主要動力源，可實現(xiàn)大高度、長航距、長航時的新型飛行器，在理想情況下，太陽能飛行器可以在臨近空間實現(xiàn)跨晝夜，遠期可望實現(xiàn)連續(xù)跨年環(huán)球飛行，如此誘人的前景，加之光伏發(fā)電技術(shù)和飛行器技術(shù)的不斷發(fā)展，催生了對太陽能飛行器持續(xù)研究的熱潮。
　　典型太陽能飛行器仍然采用傳統(tǒng)飛行器的十字形布局，只不過是將傳統(tǒng)飛行器的動力源替換為光伏薄膜電池。然而，由于光伏技術(shù)發(fā)展滯后，光伏電池效率低下，單純將傳統(tǒng)飛行器的動力源置換

2、為太陽能并不能解決問題。為此，人們設(shè)計了一系列大展弦比、輕質(zhì)、大表面積飛行器，一是借助機翼的大展弦比結(jié)構(gòu)，彌補動力不足的問題；二是使用大表面積的薄膜電池來提供充足的升力。然而，與此同時帶來了另外一個難題：大展弦比結(jié)構(gòu)帶來的剛度弱化問題?；谝陨媳尘?，提出一種新型翼盤式太陽能飛行器——即同時考慮飛行器的氣動效率和光伏薄膜電池的鋪設(shè)面積，將盤型升力體和固定機翼結(jié)合起來，飛行方式參考直升飛機。該新型飛行器能夠?qū)崿F(xiàn)懸空、垂直短距起降等功能，同時

3、，由于基本克服了能量來源的制約，從而可實現(xiàn)大高度、長航距、超長巡航時間等飛行功能。
　　首先，針對提出的新型飛行器布局，對飛行器的基本結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，包括動力系統(tǒng)分散和驅(qū)動末端化設(shè)計、盤型機體組件、旋轉(zhuǎn)機翼、副翼系統(tǒng)等部件；然后，結(jié)合設(shè)計的飛行器結(jié)構(gòu)，針對不同的飛行姿態(tài)，對飛行器的飛行模式進行規(guī)劃——即通過周期性的調(diào)節(jié)飛行器機翼末端的動力螺旋槳和副翼系統(tǒng)來實現(xiàn)飛行器的各種飛行姿態(tài)，具體包括飛行器的懸停、巡航以及爬升/下滑等典型飛行狀

4、態(tài)。
　　其次，根據(jù)前面規(guī)劃的飛行姿態(tài)，結(jié)合飛行器的各項設(shè)計指標，利用動量—葉素理論對飛行器的機翼氣動力進行理論分析，以得到飛行器機翼升阻力和下洗速度等。然后，基于AWB分析軟件，對飛行器的機體和機翼進行氣動分析，接著利用單向流固耦合理論，將模擬得到的氣動載荷分別加載至機體組件和機翼組件，分析各主要部件的受載情況，并將分析結(jié)果作為進一步結(jié)構(gòu)優(yōu)化的參考。
　　最后，針對光伏發(fā)電系統(tǒng)中光伏電池的動態(tài)特性進行研究，建立了光伏電池的