具有集成太阳能电池的高空飞行器以及相关的系统和方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请在35U.S.C. § 119(e)的规定下要求2013年7月10日提交的美国临时申 请第61/844, 786号以及2014年6月20日提交的美国非临时申请第14/310, 415号的优先 权。
技术领域
[0003] 本技术总的涉及具有集成太阳能电池的高空飞行器以及相关的系统和方法。
[0004] 背景信息
[0005] 无人驾驶飞行器（UAV)最近因其可以执行各种重要任务而没有导致与有人驾驶 飞行器相关的成本和风险而剧增。典型UAV任务包括监视和通信任务。然而，很多现有UAV 具有的一个缺点是，其具有有限续航时间并且因此可以保持空中待命（on-station)仅有 限的时间段。因此，其可能难以在延长的时间段内持续提供前述任务。
[0006] 解决前述续航时间问题的一个方法是提供太阳能给UAV，从而可能使UAV能够因 其在飞行的同时产生其需要的动力而在延长的时间段内保持空中待命。然而，这种系统往 往笨重且/或昂贵，这两个因素使其难以以有竞争性的价格提供监视、通信和/或其它服 务。因此，有存在对以有竞争性的价格提供长续航时间无人驾驶飞行器服务的未满足需求。
【附图说明】
[0007] 图1A和1B是根据本技术的实施例的具有集成太阳能电池的无人驾驶飞行器的局 部示意立体图示。
[0008] 图2是根据本技术的实施例的具有集成太阳能电池的飞行器基板的局部分解图 不。
[0009] 图3A-3D示出了根据本技术的将太阳能电池与飞行器基板集成的代表性过程。
[0010] 图4A-4B示出了根据本技术的实施例的具有集成太阳能电池的基板的剖视图。
【具体实施方式】
[0011] 本技术总的涉及具有集成太阳能电池的高空飞行器以及相关的系统和方法。下面 参照具体飞行器构造和太阳能电池构造描述所公开技术的若干个实施例的具体细节，而在 其它实施例中，代表性系统可以包括具有与下面所述构造不同的构造的飞行器和/或太阳 能电池。描述众所周知且经常与高空无人驾驶飞行器和/或太阳能电池布置有关的、但可 能不必要地使本技术的某些显著方面不清楚的结构和/或过程的若干个细节，为了清楚起 见而不在下面描述中阐述。此外，虽然下面公开阐述了本公开技术的不同方面的若干个实 施例，但本技术的若干个其它实施例可具有与在该章节中描述的构造和/或部件不同的构 造和/或部件。因此，本公开技术可具有设有额外元件且/或没有下面参照图1A-4C描述 的元件中的若干个元件的其它实施例。
[0012] 图1A是包括根据本技术的实施例构造的飞行器120的航空系统100的局部示意 侧视图。飞行器120可以具体构造成在由多个太阳能电池110产生的电力下在非常高的高 度（例如，正好在地球大气层内）飞行。在具体实施例中，飞行器120包括联接到一个或多 个机翼122或其它升力面的狭窄细长机身121。机翼122可具有带例如适于低速、高空、长 续航时间飞行的显著上反角或多面角（polyhedral)的高纵横比。飞行器120可以进一步包 括承载提供稳定性和控制功能的一个或多个稳定翼123的稳定翼尾桁或尾部124。飞行器 120可以又进一步包括推进系统126,推进系统126可以又包括一个或多个引擎机舱129,每 个引擎机舱容纳给相应推进器127提供动力的电动机128。
[0013] 推进系统126的电力由太阳能电池110提供。太阳能电池110可以布置在由飞行 器120承载的多个面板或阵列111中。飞行器的元件（例如机翼122和/或稳定翼123) 可包括一块或多炔基板150。在具体实施例中，如下面更详细讨论的，太阳能电池110 (各个 呈面板的形式和/或呈其它的形式）可以与底层基板150集成以提高飞行器120的可制造 性、成本性能比和/或结构效率。
[0014] 图1B是包括具有与图1A所示构造不同的构造的飞行器120的航空系统100的局 部示意侧视图。例如，推进系统126包括单一引擎机舱129和单一推进器127,并且稳定翼 123定向成彼此正交。太阳能电池110以与图1A所示的飞行器120相同或大致类似的方式 与飞行器结构集成。图2-4C示出了代表性集成技术的进一步细节，如下所述。
[0015] 图2是根据本技术的代表性实施例构造的太阳能电池组件156的一部分的局部分 解等轴侧视图。组件156包括承载多个太阳能电池110的基板150。可选地，组件156可以 进一步包括防护盖153。盖153可以放置在太阳能电池110的面朝外的第一表面或活性表 面112上以保护活性表面112不受腐蚀和/或其它环境退化因素影响。太阳能电池110具 有附连到基板150的反向面向的第二表面或背面113。基板150可以具有复合结构。在具 体实施例中，基板150可以包括位于中心芯板152的相反两侧上的第一薄板151a和第二薄 板151b。在其它实施例中，基板150的复合结构可具有在本技术范围内的其它物理布置。
[0016] 在代表性实施例中，太阳能电池110与基板150集成，作为用于形成基板150的制 造过程的部分。由此产生的结构可以是整体结构，例如太阳能电池110与基板150紧密粘 结的整体结构。例如，如图2所示，形成组件156的元件可以以层叠的方式构建在模制元件 140上。模制元件140因此可以包括接纳形成组件156的层叠部件的平滑内模制表面141。 定位成紧靠内模制表面141的组件156的表面形成图1所示的飞行器120的面朝外的空气 动力面160。例如，组件156的面朝外的表面160可以形成图1所示的机翼122和/或稳定 翼123的面朝上或面朝外的裸露的部分。下面参照图3A-3D进一步描述形成组件156的代 表性过程。为了说明目的，仅部分代表性较大组件156 (例如，大小设置成形成整个机翼表 面或这种表面的大部分）在图3A-3D中示出。
[0017] 从图3A开始，模制元件140(以及具体地说内模制表面141)可以以相应于承载太 阳能电池110的外表面的所需形状的方式成形。例如，内模制表面141可以具有产生图1 所示的机翼122或稳定翼123的弯曲表面的廓形（profile)。所示内模制表面141可以成 形成产生上机翼表面，并且互补模制元件（图3A中未示出）可以具有用于形成下机翼表面 的内模制表面。由此产生的机翼半部然后可以粘结在一起（例如，在前缘和后缘）以形成 完整机翼。
[0018] 在其它实施例中，表面可以根据其它技术形成。例如，内模制表面141可以是平坦 的，而由此产生的组件156可以足够柔性以铺在一组弯曲肋或其它支撑件上。组件156 (或 多个粘结的组件156)可以接着在升高的温度下后固化以将组件156硬化成最终的弯曲形 状。
[0019] 在其中防护盖153用于保护太阳能电池110的具体实施例中，盖153可以面朝下 布置在内模制表面141上。在具体实施例中，模制表面141被抛光和/或打蜡或以别的方 式处理以产生盖153和/或形成组件的其它元件不会粘贴到的表面。防护盖153可以包括 背离内模制表面141面朝上的第一粘合剂154。防护盖153和第一粘合剂154至少在激活 太阳能电池110的电流产生功能的波长下可以是透明的。太阳能电池110在活性表面112 与第一粘合剂154接触的情况下可以接着面朝下布置到防护盖153上。
[0020] 太阳能电池110的背面或第二表面113 (在图3A中面朝上）可以承载用于输送由 太阳能电池110产生的电流的一个或多个触点115(例如，焊盘、端子或其它结构）。制造过 程可以包括将电连接器114附连到在触点115处的背面113 (例如通过焊接接头或其它合 适接头）以将电流从一个太阳能电池110传递到另一个。太阳能电池110可以根据太阳能 电池的具体阵列的目标电压和电流要求并联地或串联地电气连接。在典型安装中，一些太 阳能电池110可以并联布置，而另一些串联布置。包括太阳能电池110和电连接器114的 整个电气系统还可以包括阻塞二极管和/或其它电路元件以控制电流在太阳能电池110之 间的流动。
[0021] 在图3B中，第二粘合剂155已经涂敷到太阳能电池110的背面113。根据实施例， 第二粘合剂155可以用刷子涂敷，和/或可以采用薄膜和/或喷涂的形式。在具体实施例 中，（例如，当第二粘合剂155喷涂到太阳能电池110上时），涂敷第二粘合剂155的过程可 以包括将掩膜180放置在组件156上。掩膜180可以包括与太阳能电池110的背面113对 准的掩膜孔或开口 181，从而允许粘合剂沉积在背面113上而没有沉积在其它表面（例如， 内模制表面141)上。在其它实施例中，掩膜180可以被取消并且第二粘合剂可以涂敷到背 面113以及也可能地涂敷到裸露的第一粘合剂154。
[0022] 在图3C中，组件156的其余元件已经定位在裸露的第一粘合剂154 (由防护薄板 153承载并且在图3B中可见）和裸露的第二粘合剂155 (由太阳能电池1