[發(fā)明專利]一種可對(duì)日跟蹤型太陽(yáng)能四旋翼飛行器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410486020.4
• 申請(qǐng)日: 2014-09-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104267737B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫康文;許冬冬;祝明;鄭澤偉;陳曉明;孫謀
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/10
• 分類號(hào): G05D1/10
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

一、技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明提供一種可對(duì)日跟蹤型太陽(yáng)能四旋翼飛行器的設(shè)計(jì)方案，屬于航空航天器能源系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。

二、背景技術(shù)：

四旋翼飛行器采用四個(gè)旋翼作為飛行的直接動(dòng)力源，旋翼對(duì)稱分布在機(jī)體的前后、左右四個(gè)方向，四個(gè)旋翼處于同一高度平面，且四個(gè)旋翼的結(jié)構(gòu)和半徑都相同，對(duì)角線的旋翼旋轉(zhuǎn)方向相同，一組順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，另一組逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，這樣就可以平衡旋翼對(duì)機(jī)身的反扭矩。四個(gè)電機(jī)對(duì)稱的安裝在飛行器的支架端，支架中間空間安放飛行控制計(jì)算機(jī)和外部設(shè)備。四旋翼飛行器能夠自由懸停和垂直起降，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于控制。相對(duì)其他類型的飛行器而言，四旋翼飛行器結(jié)構(gòu)緊湊，能產(chǎn)生更大的升力。這些優(yōu)勢(shì)決定了其具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，不但具有一般戰(zhàn)場(chǎng)需要的各種作戰(zhàn)功能，比如對(duì)目標(biāo)區(qū)域的定點(diǎn)監(jiān)測(cè)，為其他作戰(zhàn)武器指示目標(biāo)等，甚至可以作為投放武器的載體。

四旋翼飛行器一般靠鋰電池提供能源，給四個(gè)電機(jī)提供電流，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。但是受到鋰電池能量密度和飛行器結(jié)構(gòu)重量的限制，四旋翼飛行器上攜帶的鋰電池有限，又由于鋰電池的儲(chǔ)能是其唯一的能量來(lái)源，所以四旋翼飛行器的滯空時(shí)間必然受到影響。留空時(shí)間短這一特點(diǎn)成了四旋翼飛行器致命的弱點(diǎn)。近年來(lái)，太陽(yáng)能電池技術(shù)迅速發(fā)展，可以將太陽(yáng)能應(yīng)用技術(shù)與飛行平臺(tái)相結(jié)合，從而為解決四旋翼飛行器留空時(shí)間短問(wèn)題提供一種思路。

為此，通過(guò)將日漸成熟太陽(yáng)能電池技術(shù)以及對(duì)日跟蹤機(jī)構(gòu)運(yùn)用到四旋翼飛行器上，本發(fā)明提供了一種能夠?qū)θ崭櫟摹⒖沙浞掷锰?yáng)能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間留空飛行的新型四旋翼飛行器設(shè)計(jì)方案。

三、發(fā)明內(nèi)容：

(1)目的：本發(fā)明提供了一種能夠?qū)θ崭櫟摹⒖沙浞掷锰?yáng)能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間留空飛行的新型四旋翼飛行器設(shè)計(jì)方案，該方案將太陽(yáng)能電池技術(shù)和對(duì)日跟蹤機(jī)構(gòu)運(yùn)用到四旋翼飛行器的設(shè)計(jì)中，利用跟蹤傳感器和調(diào)節(jié)電機(jī)的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能最大能量的獲取，可以解決傳統(tǒng)四旋翼飛行器留空時(shí)間短這一致命缺陷，從而將四旋翼飛行器的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)得到充分發(fā)揮。

(2)技術(shù)方案：本發(fā)明是一種可對(duì)日跟蹤型太陽(yáng)能四旋翼飛行器設(shè)計(jì)方案，該方案是在常規(guī)四旋翼飛行器的四個(gè)旋翼交叉點(diǎn)(即中心位置)安裝對(duì)日跟蹤傳感器，實(shí)時(shí)測(cè)量太陽(yáng)方位；四個(gè)旋翼構(gòu)成的四條邊的中點(diǎn)位置安裝可實(shí)現(xiàn)兩軸轉(zhuǎn)動(dòng)的太陽(yáng)能電池模塊，以跟蹤傳感器的測(cè)量角度為目標(biāo)點(diǎn)。

上述方案利用跟蹤傳感器和調(diào)節(jié)電機(jī)的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，不僅能夠準(zhǔn)確測(cè)量太陽(yáng)各個(gè)時(shí)刻的方位角，進(jìn)而檢測(cè)太陽(yáng)光是否垂直入射太陽(yáng)能電池板。而且，當(dāng)太陽(yáng)光偏離電池板法線時(shí)，傳感器發(fā)出偏差信號(hào)，經(jīng)過(guò)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)使太陽(yáng)能電池板重新對(duì)正太陽(yáng)，使太陽(yáng)能電池模塊能夠長(zhǎng)時(shí)、最大限度的輸出太陽(yáng)能量。同時(shí)，兩軸電機(jī)的使用能夠?qū)崿F(xiàn)太陽(yáng)能電池模塊一次性轉(zhuǎn)動(dòng)到最佳方位，從而節(jié)省了四旋翼飛行器系統(tǒng)的能源。

所述對(duì)日跟蹤器主要由外殼、接口電線、探頭以及安裝于殼內(nèi)的電路組成。

該外殼包括半球形蓋子和圓柱形底座。

其中，蓋子為空心半球體，其上有多個(gè)通孔，用于安裝感光探頭，各個(gè)通孔的中心延長(zhǎng)線匯交于半球體的球心。

其中，底座為空心圓柱體，用于安裝電路板和相應(yīng)元器件，且底座外部設(shè)有安裝空位，用于固定安裝整個(gè)傳感器。

該接口電線與外部電路和控制器相連。

該探頭由鏡筒、凸透鏡和一只光敏電阻器組成。

其中，鏡筒采用吸光能力較強(qiáng)的純黑色塑料材質(zhì)，可大大減小太陽(yáng)光在鏡筒內(nèi)壁上的反射。

其中，光敏電阻器安裝在凸透鏡的焦點(diǎn)(太陽(yáng)正射凸透鏡時(shí))位置上方，且在鏡筒的中心線上。

該電路包括光電轉(zhuǎn)化電路、傾角檢測(cè)電路。光電轉(zhuǎn)化電路利用光敏電阻器與固定阻值電阻器串聯(lián)組成分壓電路，將太陽(yáng)光變化轉(zhuǎn)化成電壓變化；傾角檢測(cè)電路采用雙軸傾角傳感器實(shí)現(xiàn)傾角檢測(cè)。

所述兩軸電機(jī)主要由步進(jìn)電機(jī)、傳動(dòng)軸、控制盒以及支架構(gòu)成。當(dāng)控制系統(tǒng)接收到來(lái)自傳感器的轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)后,控制系統(tǒng)將會(huì)根據(jù)傳感器的信號(hào)進(jìn)行判斷需要驅(qū)動(dòng)那個(gè)方位的步進(jìn)電機(jī),然后分為兩路控制信號(hào)輸出給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器一路控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)水平方位步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器,帶動(dòng)固定在支架上的主軸轉(zhuǎn)動(dòng),用來(lái)實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)光線水平方位的跟蹤；另一路控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)垂直方位步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)太陽(yáng)電池板相對(duì)與支架轉(zhuǎn)動(dòng),用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)光線高度角的跟蹤。