[發(fā)明專利]一種固定翼太陽能飛機

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710892945.2
• 申請日: 2017-09-27
• 公開（公告）號: CN107745819A
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 閆俊嶺;黃貽培
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶科創(chuàng)職業(yè)學院
• 主分類號: B64D27/24
• 分類號: B64D27/24;B60L8/00;H02J7/35
• 代理公司: 北京國坤專利代理事務(wù)所(普通合伙)11491
• 代理人: 黃耀鈞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于固定翼飛機技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種固定翼太陽能飛機。

背景技術(shù)

目前固定翼飛機的能源多為汽油和柴油，而大部分則采用蓄電池作為驅(qū)動飛行的能源。由于飛機攜油量有限或蓄電池儲能能力有限，造成飛機的續(xù)航能力弱。因此，長航時太陽能無人機的設(shè)計、應(yīng)用研究列為新世紀航空工業(yè)重點發(fā)展的一個新領(lǐng)域新熱點。飛機可根據(jù)需要加裝不同的機載設(shè)備，如航拍、測繪設(shè)備等，進行實時圖像及數(shù)據(jù)傳輸。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)存在的主要問題是：白天收集的來自太陽能電池板的能量必須足以驅(qū)動電動機、機載電子設(shè)備并且能夠給電池充電，而電池要提供足夠從黃昏到第二天早上飛行的能量，直到第二天一個新周期開始。同樣，升力要平衡飛機重量，以便維持高度。這也是目前急需解決的能量和質(zhì)量平衡設(shè)計關(guān)鍵點。

本發(fā)明旨在解決完全用太陽能電池板板轉(zhuǎn)化的能量作為飛機飛行全過程的動力來源，起飛階段可以用超級電容的瞬間充放電來擺脫以往對蓄電池的依賴，但有相應(yīng)的蓄能裝置用于保險和儲存富余功率，以實現(xiàn)低空長航時穩(wěn)定飛行。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種固定翼太陽能飛機。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種固定翼太陽能飛機，所述固定翼太陽能飛機設(shè)置有：

機身；

所述機身的兩側(cè)為機翼；

所述機身的尾部為尾翼；

所述機翼和尾翼上封裝有太陽能電池板；所述機翼鋪設(shè)太陽能電池板的位置用直線代替原來的曲線，在整個機翼翼面上形成兩個平面，鋪設(shè)太陽能電池板；所述尾翼的水平尾翼在兩個翼肋之間鋪設(shè)太陽能電池板；所述尾翼的垂直尾翼采用了十字型安裝方式，垂尾未布置太陽能電池板；

所述太陽能電池板通過電源線與通過控制陣列端電壓，使陣列能在各種不同的日照和溫度環(huán)境下智能化地輸出最大功率的能源管理系統(tǒng)連接。

進一步，所述太陽能電池板的連接方式定為：32片串聯(lián)為一組，再3組并聯(lián)，形成一個電壓16V，電流12A的電池組。

進一步，在機翼的弦向各布置了2片太陽能電池板，左右機翼共布置了38*2＝76片電池，尾翼布置了16片，共計有96片電池布置在翼面上。

進一步，所述機翼的翼型為MH116，相對厚度12％，相對彎度5.8％。

進一步，所述機翼中段為矩形翼，外段3/4處為梯形翼。

進一步，所述固定翼太陽能飛機的展弦比12.5；副翼面積相對機翼面積取18％，副翼長度為機翼的70％；機翼安裝角應(yīng)正0-3度；機翼的上反角3度；重心在機翼前緣后的25～30％平均氣動弦長處；機身長度選翼展和機身的比例47.8％；機頭的長度為750毫米；垂直尾翼面積占機翼的10％；方向舵面積為垂直尾翼面積的25％。

進一步，水平尾翼采用雙凸對稱翼型，水平尾翼的面積應(yīng)為機翼面積的22％；升降舵的面積為水平尾翼面積的20％；水平尾翼前緣應(yīng)安裝在距機翼前緣的1240毫米處；焦點在機翼弦長42％處。

進一步，所述固定翼太陽能飛機對的太陽能飛機動力系統(tǒng)包括：太陽能電池板、能源管理系統(tǒng)、蓄電池、電子調(diào)速器、接收機、無刷電機、飛控系統(tǒng)；

太陽能電池板通過電源線與能源管理系統(tǒng)連接，能源管理系統(tǒng)通過導(dǎo)線與蓄電池、電子調(diào)速器、接收機飛控系統(tǒng)連接；電子調(diào)速器通過導(dǎo)線與無刷電機連接。

進一步，所述能源管理系統(tǒng)包括核心控制模塊、采樣模塊、驅(qū)動模塊、升壓式DC/DC變換器模塊。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種所述固定翼太陽能飛機的能源管理方法，所述能源管理方法包括：根據(jù)光伏電池本身的電壓電流值確定最大功率點；采用自尋優(yōu)的算法，擾動觀察法主要根據(jù)光伏電池的P-V特性，通過擾動端電壓來尋找MPPT；通過不斷擾動使太陽能電池輸出功率趨于最大。

MPPT最大功率點的跟蹤程序包含窮舉法和成功失敗法。自尋優(yōu)的過程是，首先在啟動或重啟的時候窮舉法全局尋優(yōu)，在找出全局最大功率點后，采用成功失敗法動態(tài)跟蹤跟蹤最大功率點。擾動觀察，即控制器每隔一段時間增加或減少光伏陣列輸出電壓或者電流(就是調(diào)整PWM的占空比來改變DC/DC轉(zhuǎn)換器的降壓比)，然后比較擾動前后陣列輸出的功率變化，若輸出功率增加，將按照上周期的方向繼續(xù)擾動，否則改變擾動方向。

總之，單片機采集太陽能電池的輸出電壓和輸出電流及蓄電池的充電電流和開路電壓，通過控制算法改變占空比，調(diào)節(jié)太陽能電池的輸出電壓和電流，實現(xiàn)太陽能電池在符合馬斯曲線的條件下以最佳功率對蓄電池充電。