专利名称：新型长航时太阳能无人机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种以太阳能电池板为动力源的小型无人机，属于航空飞行器设计领域。
背景技术：
小型无人机一般依靠自身携带的电池或燃油为动力来源，由于无人机的尺寸较小，还要搭载一定的任务载荷，这使得无人机在航程、留空时间以及留空高度上受到很大的限制。此外，部分情况下需要小型无人机执行高空或远程的任务，由于无人机自身起飞重量较小，无法搭载足够的燃油(对于电动无人机则为动力电池的容量限制)，将不能满足任务的要求。太阳能无人机是以太阳辐射作为推进能源的飞机。太阳能无人机的动力系统一般由太阳能电池组、锂电池、电动机、减速器、螺旋桨和控制装置组成。由于太阳辐射的能量密度小，为了获得足够的能量，飞机上应有较大的摄取阳光的表面积，以便铺设太阳电池，因此太阳能无人机的机翼面积往往较大。以边境侦察为例，我国幅员辽阔，环境复杂，使用现役的侦察机就会受到航程、航时以及当地环境的影响，无法做到全天侯24小时的不间断监测。若使用无人侦察机多架次起飞会则对地面维护人员造成极大的负担。如果此时能将依靠太阳能为动力的无人机在边境起飞，飞至指定地点上空，配合自动驾驶仪系统，提供24小时的全程监视与侦察，就能提高效率并大大减轻地面人员的负担，太阳能无人机能轻易完成这种长时间留空的侦察任务。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种小型太阳能无人机，其特征在于包括机身；机翼；分别设置在所述机翼的左侧和右侧前端的两台电动机；分别安装在所述两个电动机上的两个螺旋桨；与机身相连的水平尾翼和垂直尾翼。
图I显示了根据本发明的一个实施例的小型太阳能无人机的整体外形图。图2显示了根据本发明的一个实施例的小型太阳能无人机的太阳能电池组的供电电路图。图3显示了根据本发明的一个实施例的小型太阳能无人机的太阳能电池板的封装外形图。图4显示了沿图3中A-A剖面线的剖视图。
具体实施例方式为了解决现有无人机的航程、留空时间及飞行高度有限的问题，并能将小型无人机的功能进行扩展，使之能依靠自身动力来完成原来所不能完成的高空、远程长航时飞行任务，需要设计以太阳能为动力，具有一定任务载荷，能够完成测绘侦察等任务，并可应用于气象测绘等多种应用领域的小型无人机。现有非柔性太阳能电池板因材料原因，无法弯曲，与机翼的曲面贴合度不好，柔性太阳能电池板成本高昂无法大规模使用。根据本发明的太阳能无人机使用了一种新式的非柔性太阳能电池板搭载技术，通过对太阳能无人机的总体布局、能源管理系统、太阳能电池板在机翼表面的封装方式的合理设计与装配，在保证太阳能电池板效率的同时，维持原有的气动外形，节约成本。在根据本发明的实施例中，机翼包括翼型主体和翼型缘条,翼型主体的表面上包 括多个平面，平面的数量可以根据机翼弦长和非柔性太阳能电池板的规格进行确定。机翼主体制作完成后将电池板搭载在相应的平面上。在机翼主体上设置翼型缘条，借助翼型缘条在机翼外表覆盖透光率较高的透明热缩膜，热缩膜在保证机翼整体气动外形的同时也可以保护电池板不受外界异物的撞击。太阳能无人机的总体布局根据本发明的一个实施例的小型无人机采用常规式气动布局，如图I所示，其具有上单翼设计，机身(3)前端为任务舱用于机载设备的安装，机身上安装有起落架(15)。左右两侧机翼前端安装有两台带螺旋桨(11)和(12)的电动机(I)和(2)，为飞机提供飞行所需的动力。机翼平面形状为矩形，无后掠角，三段翼设计分为中段机翼(7)和外段机翼(9)和
(10)，外段机翼(9)和(10)有5°上反角，增加飞行稳定性。外段机翼后缘设置有副翼(6)。水平尾翼(4)和垂直尾翼(5)和机身相连接，在一个具体实施例中机身(3)采用碳纤维复合材料圆管。能源管理系统根据本发明的一个实施例的供电线路图如图2所示，其中，为减少太阳能电池板产生电流的损耗，采用高电压低电流的输电方式，将电池板分为左右两个对称的供电单元。当无人机在转弯时，由于机翼倾斜，受光度不同，为保证左右两电机的输出功率相同，采用交叉供电模式，每侧机翼的供电单元单独对另一侧机翼的电动机供电。电池组(102)通过供电线路(103)将电能供给另一侧机翼上的电动机(101)以驱动螺旋桨(104)并保证发动机的动力匹配。太阳能电池板在机翼内部的封装方式常用非柔性太阳能电池板为脆性材料，过大的震动和弯曲都会使电池板碎裂。为了使电池板更好的布置在机翼上，在根据本发明的一个具体实施例中，如图3和图4所示，将机翼上表面设计成包括两个相交的平面，用该两个平面分别搭载太阳能电池板(201)和(202);同时在机翼主体上设置翼型缘条(203)和(204)，用以支撑起透光率较高的透明热缩膜(205)。透明热缩膜(205)在保证机翼剖面气动外形的同时还可以保护太阳能电池板(201)和(202)不受外界异物的撞击。
应当理解的是，机翼上表面所包括的平面不限于两个，而是可以根据诸如机翼弦长和非柔性太阳能电池板的规格进行确定。而且根据需要，中段机翼(7)和外段机翼(9、10)可各自包括不同数量的平面。有益效果本发明的优点包括I)该太阳能无人机采用常规布局、单尾撑、倒T型尾翼的布局形式，具有很高的可靠性。2)与常规动力无人机相比，该机具有更长的航时，更远的飞行距离，能够担人长时间巡航的任务。3)使用常规的单晶硅电池板，无需切割，来源广泛节约成本。 4)能够完全依靠太阳能的动力起飞无需依靠外界电源即可完成任务。5)采用交叉供电模式在转弯时能自动控制两边动力的平衡。6)对每一块太阳能电池板都采取独立的电源管理在单一电池板损坏的情况下不影响整个电路的效率。7)太阳能电池板表面喷涂有透明的清漆，和传统封装方式相比结构重量更轻同时能保证电池板不被氧化。
权利要求
1.小型太阳能无人机，其特征在于包括 机身⑶； 机翼； 分别设置在所述机翼的左侧和右侧前端的两台电动机(1、2)； 分别安装在所述两个电动机(1、2)上的两个螺旋桨(11、12)； 与机身⑶相连的水平尾翼⑷和垂直尾翼(5)。
2.根据权利要求I的小型太阳能无人机，其特征在于进一歩包括 所述机翼包括中段机翼(7)和外段机翼(9、10)， 其中所述外段机翼(9、10)有5°上反角，以增加飞行稳定性。
3.根据权利要求I的小型太阳能无人机，其特征在于 所述机翼包括翼型主体和翼型缘条(203，204)； 所述翼型主体的表面包括多个平面，所述平面用于搭载太阳能电池板(201，202)； 所述小型太阳能无人机进ー步包括 借助所述翼型缘条覆盖在机翼的外表上的透明膜(205)，用于在保证机翼整体气动外形的同时也保护所述太阳能电池板(201，202)不受外界异物的撞击。
4.根据权利要求3的小型太阳能无人机，其特征在于所述透明膜是热缩膜。
5.根据权利要求3的小型太阳能无人机，其特征在于 所述太阳能电池板(201，202)分为左右两个对称的供电单元，并采用交叉供电模式，即每侧机翼上的供电单元单独对另ー侧机翼上的所述电动机供电。
6.根据权利要求2的小型太阳能无人机，其特征在于进一歩包括 设置在所述外段机翼的后缘的副翼(6)。
7.根据权利要求I的小型太阳能无人机，其特征在于进一歩包括 设置在机身(3)的前端的任务舱，用于机载设备的安装， 安装在机身上的起落架(15)， 其中 所述机翼的平面形状为矩形，无后掠角。
8.根据权利要求I的小型太阳能无人机，其特征在于 机身(3)为碳纤维复合材料圆管。
全文摘要
本发明的一种小型太阳能无人机包括机身；机翼；分别设置在所述机翼的左侧和右侧前端的两台电动机；分别安装在所述两个电动机上的两个螺旋桨；与机身相连的水平尾翼和垂直尾翼。在根据本发明的一个实施例中，将机翼上表面设计成包括多个相交的平面，用该多个平面分别搭载太阳能电池板(201)和(202)；同时在机翼主体上设置翼型缘条(203)和(204)，用以支撑起透光率较高的透明热缩膜(205)。透明热缩膜(205)在保证机翼剖面气动外形的同时还可以保护太阳能电池板(201)和(202)不受外界异物的撞击。
文档编号B64C3/10GK102774490SQ20121010424
公开日2012年11月14日 申请日期2012年4月10日 优先权日2012年4月10日
发明者万志强, 刘耘臻, 周震博, 张谦, 王耀坤, 马聪 申请人:北京航空航天大学