翼盤式太陽(yáng)能飛行器的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、太陽(yáng)能飛行器是一類將太陽(yáng)能作為主要?jiǎng)恿υ矗蓪?shí)現(xiàn)大高度、長(zhǎng)航距、長(zhǎng)航時(shí)的新型飛行器，在理想情況下，太陽(yáng)能飛行器可以在臨近空間實(shí)現(xiàn)跨晝夜，遠(yuǎn)期可望實(shí)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(duì)太陽(yáng)能飛行器持續(xù)研究的熱潮。
　　典型太陽(yáng)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(dòng)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(dòng)力源置換

2、為太陽(yáng)能并不能解決問題。為此，人們?cè)O(shè)計(jì)了一系列大展弦比、輕質(zhì)、大表面積飛行器，一是借助機(jī)翼的大展弦比結(jié)構(gòu)，彌補(bǔ)動(dòng)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(shí)帶來了另外一個(gè)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(yáng)能飛行器——即同時(shí)考慮飛行器的氣動(dòng)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(jī)翼結(jié)合起來，飛行方式參考直升飛機(jī)。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(shí)

3、，由于基本克服了能量來源的制約，從而可實(shí)現(xiàn)大高度、長(zhǎng)航距、超長(zhǎng)巡航時(shí)間等飛行功能。
　　首先，針對(duì)提出的新型飛行器布局，對(duì)飛行器的基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括動(dòng)力系統(tǒng)分散和驅(qū)動(dòng)末端化設(shè)計(jì)、盤型機(jī)體組件、旋轉(zhuǎn)機(jī)翼、副翼系統(tǒng)等部件；然后，結(jié)合設(shè)計(jì)的飛行器結(jié)構(gòu)，針對(duì)不同的飛行姿態(tài)，對(duì)飛行器的飛行模式進(jìn)行規(guī)劃——即通過周期性的調(diào)節(jié)飛行器機(jī)翼末端的動(dòng)力螺旋槳和副翼系統(tǒng)來實(shí)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(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)，利用動(dòng)量—葉素理論對(duì)飛行器的機(jī)翼氣動(dòng)力進(jìn)行理論分析，以得到飛行器機(jī)翼升阻力和下洗速度等。然后，基于AWB分析軟件，對(duì)飛行器的機(jī)體和機(jī)翼進(jìn)行氣動(dòng)分析，接著利用單向流固耦合理論，將模擬得到的氣動(dòng)載荷分別加載至機(jī)體組件和機(jī)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(jìn)一步結(jié)構(gòu)優(yōu)化的參考。
　　最后，針對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)中光伏電池的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行研究，建立了光伏電池的