一种风能太阳能双动力全天候无人机制造技术

本发明专利技术公开了一种风能太阳能双动力全天候无人机，包括上机翼、下机翼及夹在上下机翼中间的多个环形机翼；上机翼与下机翼在翼尖处用翼板连在一起，环形机翼内装有风力涡轮发电机；上机翼与下机翼的前缘均装有多个常规电动螺旋桨及可逆电机螺旋桨，上机翼的上表面铺满太阳能电池板；该无人机白天利用风能及太阳能产生的电力飞行，晚上利用风能产生的电力飞行；由于可在空气密度较高且风速高的空间飞行，机翼可产生更大的升力，同时由于电力是一边产生一边使用，无需大量储电备用，故可显著减少了蓄电池的携带量，大幅增加无人机的有效载荷。载荷。载荷。

【技术实现步骤摘要】
一种风能太阳能双动力全天候无人机
[0001]本专利技术属于航空飞行器
，涉及一种风能太阳能飞机，具体涉及一种风能太阳能全天候无人机。
[0002]太阳能无人机在环境监测、边境管控、科学研究及信息保障等方面具有独特的优势，如在电信领域，平流层太阳能飞机相对于地面中继站，其覆盖面积大，障碍物干扰少；相较卫星高度低、传输延迟小且可返回地面维修反复使用；在遥感方面，与低轨道卫星相比，可在同一区域内长期滞空反复探测且得到的图像分辨率更高。
[0003]传统太阳能飞机唯一的动力是太阳能电池板产生的电力，由于目前太阳能电池板的光电转化效率不高，产生的电力有限，为此人们千方百计在太阳能飞机的翼型、材质及结构等方面下功夫，以期在实现高空长期滞空飞行的前提下最大限度地减轻飞机的重量，提高飞机的有效载荷；由于太阳能发电仅局限在白天，为了晚上持续飞行必须携带足够容量的蓄电池，而蓄电池的重量占据了飞机总重的1/4
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1/3,甚至更多，另一方面，由于在平流层10
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16千米高度处的空气风速很高(最高可达60米/秒以上)，单翼太阳能飞机的结构强度有限，无法抵御强风的冲击，因此目前单翼的高空型太阳能飞机一般选择在17
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20千米的低风速空间滞空飞行，但20千米处的空气密度仅为15千米处空气密度的一半，意味着在同样的飞行速度下，机翼在20千米处产生的升力约为15千米处的一半，因此不得不减少飞机的起飞重量，导致有效载荷十分有限，目前长航时太阳能无人机的有效载荷基本为起飞重量的5
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10%。由于长航时太阳能无人机一方面须携带大容量蓄电池供晚上飞行之用，一方面又需在平流层的低风速、低空气密度的高空飞行，导致有效载荷难以提高。

技术实现思路

[0004]为解决上述问题，本专利技术设计了一种风能太阳能双动力全天候无人机，白天利用太阳能产生的电力飞行，晚上利用风能产生的电力飞行，实现全天候飞行；由于可在空气密度较高且风速高的空间飞行，机翼可产生更大的升力，同时，由于电力是一边产生一边使用，无需大量储电备用，故可显著减少了蓄电池的携带量，大幅增加有效载荷，技术思路如下：一种风能太阳能双动力全天候无人机,包括起落架、吊舱及飞控系统，还包括上机翼、下机翼及夹在上下机翼中间的多个环形机翼；上机翼与下机翼在翼尖处用翼板连在一起，环形机翼内装有风力涡轮发电机；上机翼的上表面铺满太阳能电池板；在上机翼与下机翼的前缘均装有多个常规电动螺旋桨。
[0005]进一步的，在上机翼与下机翼的前缘还装有多个可逆电机组件及螺旋桨；所述的可逆电机组件在飞机上正常飞行时作为电动机驱动螺旋桨转动产生拉力，在飞机俯冲或在空中做特定轨迹飞行时作为发电机将风力驱动的螺旋桨的机械能转化为电能。
[0006]进一步的，可逆电机组件包括永磁直流电机、充电器、自动切换开关及控制器。
[0007]更进一步的，可逆电机组件包含在电动回路与发电回路中；在电动回路中，永磁直流电机的电源输入端依次与自动切换开关与蓄电池输出端连接；在发电回路中，永磁直流电机的电力输出端依次与自动切换开关、充电器及蓄电池输入端连接。
[0008]进一步的，控制器在无人机正常飞行时接收飞控系统指令将自动切换开关与发电回路的充电器断开而与电动回路的蓄电池输出端连通；控制器在无人机俯冲或在空中做特定轨迹飞行进行发电时，接收飞控系统指令将自动切换开关与电动回路的蓄电池输出端断开而与发电回路的充电器连通。
[0009]进一步的，风力发电机的浆叶为可变桨距桨叶,在飞机正常飞行时处于顺桨状态，在飞机俯冲或做空间特定轨迹飞行时处于正桨状态。
[0010]进一步的，上机翼与下机翼均由拱形的刚性骨架、柔性软质的上翼面、下翼面及柔性翼肋构成；刚性骨架由翼梁、刚性翼肋组成;上机翼与下机翼的前缘均有多个进气口，后缘均封闭。
[0011]更进一步的，刚性翼肋及柔性翼肋上均开有通气孔，可使由上下翼面与翼肋构成的各个气室间的空气沿翼展方向流动以平衡机翼内的压力。
[0012]进一步的，起落架与一部分吊舱组合在一起,另一部分吊舱布设在下机翼上，吊舱里装飞控系统、航电系统、电子设备及蓄电池。
[0013]进一步的，飞控系统通过调节上机翼与下机翼上不同位置的常规电动螺旋桨的转速来完成横滚，偏航及俯仰动作。
[0014]更进一步的，飞控系统在飞机做俯冲之前，先使飞机处于逆风飞行状态并抬头，飞机借助风力不断爬升，至指定高度时指令控制器将可逆电机组件的发电回路接通，然后控制飞机向下前方俯冲进行发电。
[0015]本专利技术相对于现有技术的有益效果如下：:一,无人机不设尾翼及机身，大大减轻了飞机重量，大幅减少了废阻力，上机翼与下机翼在翼尖处连为一体,大幅降低了诱导阻力,故使无人机具有很高的升阻比。
[0016]二,上下机翼形成闭合的环形机翼,具有近乎两倍于单翼的升力,上下机翼中夹的多个环形机翼进一步增加了飞机的升力, 使无人机具有很大的起飞重量,.三,上下机翼间的多个环形机翼既是升力翼,又是上下机翼的支撑体,减少了飞机的结构重量，同时提高了整个飞机的结构强度,可适应平流层强风环境下的滞空飞行。
[0017]四,上下机翼采用刚性骨架结合柔性软质材料的上下翼面及柔性翼肋，并通过空气冲压方式形成具有足够刚度与强度的翼型，进一步降低了机翼的重量，大幅度提高了无人机的有效载荷。
[0018]五，采用拱形机翼，克服了传统平直机翼易于变形扭曲的缺陷，显著增强了机翼的抗弯扭强度，尤其对升力载荷产生的弯矩有很好的抵抗力，避免了机翼因变形过大解体的风险。
[0019]六，拱形机翼具有纵向及横向静稳定性，当飞行中遇到气流扰动发生横滚或俯仰时，会产生回复力矩，自动回到稳定飞行状态，非常有利于无人机的飞行控制。
[0020]七，拱形飞翼可以在水平风中做小动力盘旋运动，可大大节省电力，非常适合在平流层高风速环境下的长航时滞空飞行。
[0021]八，装有风力发电机及可逆电机组件的无人机白天可依靠太阳能飞行，阴天及晚上依靠风力产生的电力飞行，从而实现无人机的全天候滞空飞行。
[0022]九，由于无人机无论白天还是阴天或晚上，电力是随用随发（发电），无需像传统太阳能飞机那样携带大容量的蓄电池以备晚上飞行之用，所以风能太阳能双动力无人机携带
的蓄电池容量可以大幅度减小，节省的蓄电池重量可以用来增加任务载荷，从而把无人机的效能发挥到最大。
附图说明
[0023]图1是本专利技术实施例的正视图图2是本专利技术实施例的俯视图图3是图2中A
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A面的剖视图100—上机翼，101—翼板，102—支架，110—刚性骨架，1101—前翼梁，1102—后翼梁，1103—刚性翼肋，120—上翼面，130—下翼面，140—柔性翼肋，150—进气口，160—通气口，170—气室，200—下机翼，300—环形机翼，310—涡轮风力发电机，400—起落架，501—蓄电池吊舱，502—设备吊舱, 601—常规电动螺旋桨，602—可逆电机螺本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风能太阳能双动力全天候无人机,包括起落架（400）、吊舱及飞控系统，其特征在于，还包括上机翼（100）、下机翼(200)及夹在上下机翼中间的多个环形机翼（300）；所述上机翼（100）与下机翼（200）在翼尖处用翼板（101）连在一起，所述环形机翼（300）内装有风力涡轮发电机（310）；所述上机翼（100）的上表面铺满太阳能电池板；所述上机翼（100）与下机翼（200）上装有多个常规电动螺旋桨（601）。2.根据权利要求1所述的一种风能太阳能双动力全天候无人机，其特征在于，所述的上机翼（100）与下机翼（200）上装有多个可逆电机组件及螺旋桨（602）；所述可逆电机组件在正常飞行时作为电动机驱动螺旋桨转动产生拉力，在飞机俯冲或在空中做特定轨迹飞行时作为发电机将风力驱动的螺旋桨的机械能转化为电能。3.根据权利要求2所述的一种风能太阳能双动力全天候无人机，其特征在于，所述可逆电机组件包括永磁直流电机、充电器、自动切换开关及控制器；可逆电机组件包含在电动回路与发电回路中，所述电动回路中，永磁直流电机的电力输入端依次与自动切换开关及蓄电池的输出端连接；所述发电回路中，永磁直流电机的电力输出端依次与自动切换开关、充电器及蓄电池的输入端连接。4.根据权利要求3所述的一种风能太阳能双动力全天候无人机，其特征在于，所述控制器在无人机正常飞行时接收飞控系统指令将自动切换开关与所述发电回路的充电器断开而与电动回路的蓄电池输出端连通；所述控制器在无人机俯冲或在空中做特定轨迹飞行进行发电时，接收飞控系统指令将自动切换开关与所述电动回路的蓄电池的输出端断开而与所述发电回路的充电器连通。5. 根据权利要求1所述的一种风能太阳能双动力全天候无人机...

【专利技术属性】
技术研发人员：李春洲，
申请(专利权)人：上海洲跃生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：