專利名稱：一種太陽能無人飛機的制作方法
一種太陽能無人飛機(一) 技術領域 本發(fā)明涉及一種太陽能無人飛機。(二) 背景技術無人飛機在軍事、民用方面具有十分廣闊的應用前景。在軍事方面，無人飛機的 主要軍事用途有空中偵察、情報監(jiān)視、導彈攻擊、充當誘餌、目標跟蹤、電子戰(zhàn)及戰(zhàn) 場損傷評估等。在民用方面，無人飛機可以用于通訊中繼、災情監(jiān)視、交通監(jiān)控、邊 境巡邏、航空攝影、輸電線路檢查、環(huán)境監(jiān)測、氣象監(jiān)測、森林防火監(jiān)測等。正是由 于無人飛機在軍事和民用方面的極其廣闊的應用前景和使用價值，得到了世界上許多 研究者的極大關注，成為國際上的研究熱點。傳統(tǒng)的以燃油作為能源的無人飛機，由于要攜帶大量的燃油，使得飛機自重增加， 攜帶有效任務載荷的能力減小。以目前世界最大的無人飛機"全球鷹"為例，磁多也只能攜帶900公斤的任務載荷。同時燃料燃燒產生的廢氣還存在對大氣臭氧層的破壞 和環(huán)境污染問題。以電池為能源雖沒有環(huán)境污染問題，但是電池的能量密度比燃油小 的多，這樣同樣的飛行時間要求攜帶的電池重量更大，攜帶有效任務載荷的能力更小。 同時，燃油或電池作為能源的無人飛機還存在飛行時間短等問題。太陽能是一種取之不盡、用之不竭的能源，在理論上使用太陽能作為能源共給可 以實現(xiàn)飛機的完全不著陸飛行，同時不存在環(huán)境污染問題。隨著太陽能電池研制水平 的提高，太陽能電池的能量轉化效率有了很大提高，使得利用太陽能作為能源的太陽 能無人飛機成為可能。目前，包括美國、英國和意大利在內的許多國家都致力于開發(fā) 利用太陽能作為能源供給的無人飛機。為了增大太陽能電池的鋪設面積，(S機基本1: 都采用飛翼式布局，如"太陽神"。這種布局穩(wěn)定性較差，飛行控制比較困難。
發(fā)明內容為了克服飛翼式布局太陽能無人飛機飛行控制比較困難和穩(wěn)定較差的問題，本發(fā) 明提出了一種太陽能無人飛機。本發(fā)明包括機翼、尾翼、機身和設備艙，以薄膜太陽能電池作為能源，其特征在 于本發(fā)明采用大展弦比上單翼布局，機翼翼尖處有上反的小翼，形成了翼尖小翼， 根據橫向穩(wěn)定性的配平需要，翼尖小翼的上反角取IO。 30° 。根據對飛機設計升阻 比和所需太陽能電池片鋪設面積的要求確定機翼的翼展與弦長，，為減小結構重量，乖 尾采用V型尾翼的形式，根據操縱性和穩(wěn)定性的配平關系，結合尾容量系數，確定v 型尾翼的兩片尾翼夾角為90° 120。。薄膜太陽能電池片一片挨 -片按并聯(lián)方式組成 電池組，覆蓋于機翼上表面蒙皮上。本發(fā)明的機翼通過翼臺與機身連接，在機翼主梁和后梁的翼根處有用f與翼臺連 接的插孔。翼臺的上部弦向截面與主翼翼型相同，對應機翼主梁與后梁位置分別設有 連接棒，下部分為中空結構，內有層板骨架；底面與機身的碳管粘接。本發(fā)明采用大展弦比上單翼布局形式，提高了飛機的升阻比(亦即減小了飛機所 需的推重比)，這樣既減小了對太陽能電池輸出功率的需求，又提^了飛機的盤旋性能， 從而增加了留空時間。同時，采用機翼外段翼尖小翼和V型尾翼改善了 6機的橫航向 和縱向穩(wěn)定性和操縱性，緩解了飛翼式布局的存在的穩(wěn)定性和操縱性較差的問題。(四)


附圖1是太陽能無人飛機的結構示意圖； 附圖2是太陽能無人飛機的三視圖。 其中1-推進系統(tǒng) 2-設備艙 3-翼臺 4--機翼 5-翼尖小翼6-薄膜太陽能電池片7-機身 8-V型尾翼 9-操縱舵面具體實施方式
實施例一本實施例是一個以太陽能為動力的無人飛機，該機采用大展弦比上單翼，V型尾 翼布局。機翼平直段為矩形翼，展長300cm，弦長30cm;外段小翼為直角梯形翼，上 反30。，根弦長30cm，后掠15。，尖稍比0.67;機身長186cm。本實施例包括機翼4、外段小翼5、 V型尾翼8、薄膜太陽能電池6、機身7和設 備艙2。機翼平直段部分蒙皮上表面貼有40塊長25cm，寬7cm的柔性薄膜太陽能電池片。機翼4和V型尾翼8的主體結構為輕木和航空層板，蒙皮為熱縮膜。機身7用碳 纖維復合材料管材制成。設備艙2用輕木制成，用于裝載控制設備。 實施中第一步，制作飛機。機翼4主梁使用小錐度的碳纖維管，并利用該碳纖維管在主梁根部形成了與翼臺3相連接的插孔。后梁使用輕木，由上下緣條和腹板構建而成，在后梁根部粘接有-小段碳纖維管，形成了與翼臺3相配合的連接插孔。翼肋使用木質材料，根肋為/S板 肋，中間肋為輕木。機翼前緣與后緣均有輕木蒙板，用于前緣保形和保證后緣強度。 機翼蒙皮為輕質航空熱縮膜。外段小翼5翼梁為桐木材料，翼肋為輕木；小翼梁根部有用子與機翼主梁連接的結構，與機翼主梁連接的結構部分外貼薄層板以提高結構強度，小翼梁的連接結構摘 入機翼主梁的碳管中用樹脂膠粘接固定。根據操縱性和穩(wěn)定性的配平關系，結合尾容量系數，確定V型尾翼5的兩片尾翼 夾角為90°，前緣后掠5.7。，后緣平直，尖弦20cm，根弓玄24cm，展向長為40cm。 其制作方法與外段小翼5制作方法相同，后緣設有操縱舵面9，下部與尾管粘接。翼臺3為機翼4與機身7的連接結構，上與機翼4插接，下^機身7粘接。翼臺 3的上部弦向截面與主翼翼型相同，對應機翼主梁與后梁位置分別設有與翼臺相連接 用的一根鋁棒和一根碳管，其中鋁棒插入機翼主梁碳管中，碳管插入機翼后梁碳管中 翼臺3下部分為中空結構，內有層板骨架，空間用于裝載任務載荷；底面與機身的碳 管粘接。機身7由不同外徑、不同厚度的碳管接成。設備艙用于裝載機載控制設備，用航 空層板加工而成。第二步，裝配太陽能電池將薄膜太陽能電池6的電極塑封皮剝開，并將電池邊緣多余塑料裁掉以減輕重量;將各片電池電極位置對好，用膠帶一片挨一片將其連成整體，然后按并聯(lián)方式將各片電池焊接成電池組；將電池組用雙面膠粘接于左右兩機翼的上表面熱縮蒙皮上，邊緣 用膠帶紙粘貼；在電池組兩極引出導線。第三步，全機裝配首先將翼臺3與機身7粘接，導線在機身管內布好并在接頭的地方用膠帶紙纏好， 以提高可靠性；把V型尾翼5粘接于后機身尾管上，兩尾翼夾角要保證設計要求；后 機身尾管與前機身管插接并用膠帶紙封好，確保兩尾翼夾角平分線與機翼平面垂良； 把鋪設好薄膜太陽能電池6的兩段機翼4與翼臺3插接，飛行前可用膠帶紙粘接弦向 接縫，確保機翼無展向位移；電機和螺旋槳推進系統(tǒng)l插入前機身管內粘接。最后， 將裝載機載控制設備的設備艙2安裝在距機身7前端10cm的機身碳管.l:面。實施例二-本實施例是一個以太陽能為動力的無人飛機，該機采用大展弦比上單翼，V型尾 翼布局。機翼平直段為矩形翼，展長300cm，弦長30cm;外段小翼為直角梯形翼，上 反10。，根弦長30cm，后掠20°，尖稍比0.5;機身長186cm。本實施例包括機翼4、外段小翼5、 V型尾翼8、薄膜太陽能電池6、機身7和設 備艙2。機翼平直段部分蒙皮上表面貼有40塊長25cm，寬7cm的柔性薄膜太陽能電池 片。機翼4和V型尾翼8的主體結構為輕木和航空層板，蒙皮為熱縮膜。機身7用碳 纖維復合材料管材制成。設備艙2用輕木制成，用于裝載控制設備。實施中第一步，制作飛機。機翼4主梁使用小錐度的碳纖維管，并利用該碳纖維管在主梁根部形成了與翼臺 3相連接的插孔。后梁使用輕木，由上下緣條和腹板構建而成，在后梁根部粘接有 小段碳纖維管，形成了與翼臺3相配合的連接插孔。翼肋使用木質材料，根肋為層板 肋，中間肋為輕木。機翼前緣與后緣均有輕木蒙板，用于前緣保形和保證后緣強度。 機翼蒙皮為輕質航空熱縮膜。外段小翼5翼梁為桐木材料，翼肋為輕木；小翼梁根部有用f與機翼主梁連接的結構，與機翼主梁連接的結構部分外貼薄層板以提高結構強度，小翼梁的連接結構插 入機翼主梁的碳管中用樹脂膠粘接固定。根據操縱性和穩(wěn)定性的配平關系，結合尾容量系數，確定V型尾翼5的兩片尾翼 夾角為110。，前緣后掠7.1。，后緣平直，尖弦25cm，根弦30cm，展向長為40cm。其制作方法與外段小翼5制作方法相同，后緣設有操作舵面9， K部與尾管粘接。翼臺3為機翼4與機身7的連接結構，上與機翼4插接，下與機身7粘接。翼臺 3的上部弦向截面與主翼翼型相同，對應機翼主梁與后梁位置分別設有與翼臺相連接用的一根鋁棒和一根碳管，其中鋁棒插入機翼主梁碳管中，碳管插入機翼后梁碳管中 翼臺3下部分為中空結構，內有層板骨架，空間用于裝載任務載荷；底面與機身的碳管粘接。機身7由不同外徑、不同厚度的碳管接成。設備艙用于裝載機載控制設備，用航空層板加工而成。第二步，裝配太陽能電池將薄膜太陽能電池6的電極塑封皮剝開，并將電池邊緣多余塑料裁掉以減輕重量將各片電池電極位置對好，用膠帶一片挨一片將其連成整體，然后按并聯(lián)方式將各片電池焊接成電池組；將電池組用雙面膠粘接于左右兩機翼的上表面熱縮蒙皮上，邊緣 用膠帶紙粘貼；在電池組兩極引出導線。 第三步，全機裝配首先將翼臺3與機身7粘接，導線在機身管內布好并在接頭的地方用膠帶紙纏好， 以提高可靠性；把V型尾翼5粘接于后機身尾管上，兩尾翼夾角要保證設計要求；后 機身尾管與前機身管插接并用膠帶紙封好，確保兩尾翼夾角平分線與機翼平面垂宵； 把鋪設好薄膜太陽能電池6的兩段機翼4與翼臺3插接，飛行前可用膠帶紙粘接弦向 接縫，確保機翼無展向位移；電機和螺旋槳推進系統(tǒng)l插入前機身管內粘接。最后， 將裝載機載控制設備的設備艙2安裝在距機身7前端10cm的機身碳管匕面。實施例三本實施例是一個以太陽能為動力的無人飛機，該機采用大展弦比上單翼，V型尾 翼布局。機翼平直段為矩形翼，展長300cm，弦長30cm;外段小翼為直角梯形翼，J: 反20。，根弦長30cm，后掠10°，尖稍比O. 5;機身長186cm。本實施例包括機翼4、外段小翼5、 V型尾翼8、薄膜太陽能電池6、機身7和設 備艙2。機翼平直段部分蒙皮上表面貼有40塊長25cm，寬7cm的柔性薄膜太陽能電池 片。機翼4和V型尾翼8的主體結構為輕木和航空層板，蒙皮為熱縮膜。機身7川碳纖維復合材料管材制成。設備艙2用輕木制成，用于裝載控制設備。 實施中第一步，制作飛機。機翼4主梁使用小錐度的碳纖維管，并利用該碳纖維管在主梁根部形成了與翼臺 3相連接的插孔。后梁使用輕木，由上下緣條和腹板構建而成，在后梁根部粘接有-小段碳纖維管，形成了與翼臺3相配合的連接插孔。翼肋使用木質材料，根肋為層板肋，中間肋為輕木。機翼前緣與后緣均有輕木蒙板，用于前緣保形和保證后緣強度。 機翼蒙皮為輕質航空熱縮膜。外段小翼5翼梁為桐木材料，翼肋為輕木；小翼梁根部有用于與機翼主梁連接的 結構，與機翼主梁連接的結構部分外貼薄層板以提高結構強度，小翼梁的連接結構插 入機翼主梁的碳管中用樹脂膠粘接固定。根據操縱性和穩(wěn)定性的配平關系，結合尾容量系數，確定V型尾翼5的兩片尾翼 夾角為120°，前緣后掠7.4。，后緣平直，尖弦24cm，根弦30cm，展向長為46cm。 其制作方法與外段小翼5制作方法相同，后緣設有操作舵面9，下部與尾管粘接。翼臺3為機翼4與機身7的連接結構，上與機翼4插接，下與機身7粘接。翼臺 3的上部弦向截面與主翼翼型相同，對應機翼主梁與后梁位置分別設有與翼臺相連接 用的一根鋁棒和一根碳管，其中鋁棒插入機翼主梁碳管中，碳管插入機翼后梁碳管中； 翼臺3下部分為中空結構，內有層板骨架，空間用于裝載任務載荷；底面與機身的碳 管粘接。機身7由不同外徑、不同厚度的碳管接成。設備艙用于裝載機載控制設備，用航 空層板加工而成。第二步，裝配太陽能電池將薄膜太陽能電池6的電極塑封皮剝開，并將電池邊緣多余塑料裁掉以減輕重量; 將各片電池電極位置對好，用膠帶一片挨一片將其連成整體，然后按并聯(lián)方式將各片 電池焊接成電池組；將電池組用雙面膠粘接于左右兩機翼的上表面熱縮蒙皮上，邊緣 用膠帶紙粘貼；在電池組兩極引出導線。第三步，全機裝配首先將翼臺3與機身7粘接，導線在機身管內布好并在接頭的地方用膠帶紙纏好， 以提高可靠性；把V型尾翼5粘接于后機身尾管上，兩尾翼夾角要保證設計要求后 機身尾管與前機身管插接并用膠帶紙封好，確保兩尾翼夾角平分線與機翼平面垂直； 把鋪設好薄膜太陽能電池6的兩段機翼4與翼臺3插接，飛行前可用膠帶紙粘接弦向 接縫，確保機翼無展向位移；電機和螺旋槳推進系統(tǒng)l插入前機身管內粘接。最后， 將裝載機載控制設備的設備艙2安裝在距機身7前端10cm的機身碳管上面。
權利要求
1. 一種太陽能無人飛機，包括機翼(4)、尾翼、機身(7)和設備艙，以薄膜太陽能電池做為作為能源，其特征在于采用大展弦比上單翼布局，翼尖處有上反角為10°～30°的翼尖小翼(5)，并且機翼(4)通過翼臺(3)與機身(7)連接；垂尾為V型尾翼(8)，兩片尾翼的夾角為90°～120°；若干片薄膜太陽能電池片(6)按并聯(lián)方式組成電池組，排布在機翼(4)上表面。
2. 如權利要求l所述太陽能無人飛機，其特征在于機翼(4)的主梁和后梁的翼根 處有用于與翼臺(3)連接的插孔。
3. 如權利要求l所述太陽能無人飛機，其特征在于翼臺(3)的上部弦向截面與主 翼翼型相同，對應機翼主梁與后梁位置分別設有連接棒，下部分為中空結構，內有骨 架，底面與機身(7)的碳管粘接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種太陽能無人飛機。為了克服飛翼式布局太陽能無人飛機飛行控制比較困難和穩(wěn)定較差的問題，本發(fā)明采用大展弦比上單翼、V型尾翼以及機翼(4)外段有翼尖小翼(5)的布局型式，將機翼(4)通過翼臺(3)與機身(7)相連，在V型尾翼(8)上布置操縱舵面(9)，以實現(xiàn)飛機的俯仰和偏航控制。本發(fā)明結合柔性薄膜太陽能電池具有高能量轉換效率的特點，在機翼(4)上鋪設柔性薄膜太陽能電池(6)。電機和螺旋槳推進系統(tǒng)(1)采用拉進式，機身(7)前部布置有設備艙(2)。本發(fā)明提高了飛機的升阻比，增加了留空時間，有效的改善了飛機的橫航向和縱向穩(wěn)定性和操縱性，緩解了飛翼式布局穩(wěn)定性和操縱性較差的問題。
文檔編號A63H27/24GK101254753SQ20071001745
公開日2008年9月3日 申請日期2007年2月28日 優(yōu)先權日2007年2月28日
發(fā)明者宋筆鋒, 李占科, 王利光, 高廣林 申請人:西北工業(yè)大學