国产最大太阳能无人机首次曝光!有图有真相!

说起太阳能飞机,可能大家第一反应就是前几天在国内引起不小轰动的“阳光动力2号”,不管是新闻联播还是QQ弹窗,都有关于它的新闻,一些网站及论坛也纷纷发布关于它的长篇报道及科普贴,真可谓是铺天盖地。相比之下,5月22日的新闻联播中一条55秒的新闻也许并没有引起大家的注意,但是这条新闻第一次向公众解密了我国最大的太阳能无人机——新型彩虹无人机。这条以《创新驱动·无人机:塑造“中国制造”新形象》的报道介绍了由中国航天空气动力技术研究院自主研发的彩虹系列太阳能无人机,指出了其研制目的和结构优势,同时指出,“这意味着我国成为世界上除了美国之外,第二个能够研制超长航时太阳能无人机的国家。”其实新型彩虹无人机试飞成功的消息之前在甘肃电视台也被报道过,有兴趣的小伙伴可以自行百度下。

下面LZ通过Q&A的方式对大家可能比较关注的问题进行一下解释说明~

彩虹系列无人机是由哪家单位研制的呢?

彩虹系列无人机的研制单位是中国航天科技集团公司下属中国航天空气动力技术研究院。

太阳能无人机与普通固定翼飞机有什么区别吗?

可能有的朋友要问了,像747这样的大型客机,在生活中是很常见的,那么太阳能飞机和大型有人机相比,有什么区别吗?

由于太阳能无人飞行器总体设计技术在国内外尚未形成成熟的设计体系,而其采用的新能源技术、柔性结构及低翼载、低雷诺数及大空域等特点使其技术和工程设计上都有别于常规的固定翼无人机。

大型太阳能无人机研制过程中存在哪些问题呢?

1. 低翼载、柔性结构、机翼表面铺设太阳电池使得结构、气动、能源三者之间影响较大;

2. 气弹设计技术、机翼结构与太阳电池阵轻质一体化设计技术亟待实质性突破;

3. 低雷诺数气动特性、飞行控制策略和应急预案、电推进系统匹配、无人机整个系统的集成性能需要持续摸索和验证;

4. 新材料应用、结构关键部件制造、大尺度结构设计技术需要进一步检验。

太阳能无人机在今后的研究过程中,还有哪些方面是需要进一步深入研究的?

1.平台综合技术

从总体设计层面,需要深入研究的问题有:

①深化飞行平台与任务载荷或能源一体化综合优化方法研究,扩大可飞期范围;继续挖掘气动潜力,提高升阻比,增大续航能力;

②降低结构重量系数,抑制气动弹性变形;

③提高能源、推进、电气、载荷等总体匹配效率。

2.高效高能量密度太阳能及储能能源系统

该领域是制约太阳能无人机性能水平的关键领域,因此需要大量地关注新兴技术,当前关注的主要有:超高效柔性薄膜太阳电池及轻质方阵技术、高比能量储能电池技术、先进光电转换技术、轻质高效电源控制系统技术、高比能量氢氧燃料电池技术、固体氧化物燃料电池技术。

储能电池方面,总体来看,需要解决电池、电池组的临近空间环境适应性问题及热控管理问题。

3.临近空间高效电推进系统

高效率高功率密度高可靠性电机系统技术。低临近空间飞行环境对电机装置的性能需求是:

①兼备高效率、高功率密度、高可靠性、高稳定性;

②长期额定点工作,短时过载;

③具备低气压稳定润滑性能;

④具备低温及高低温/热循环效应下的散热与温控能力;

⑤抗腐蚀,抗氧化,抗紫外辐射。

其中存在很多设计矛盾,如电机的高效率和高功率密度,需要深入攻关。

4.临近空间太阳能无人机飞行控制技术

临近空间太阳能飞机的飞行控制系统兼具航空器的系统组成形式和航天器的长时间工作、高可靠性、可重构的技术要求。低临近空间特殊的大气环境也对系统部件提出了不同以往的环境适应性要求。当前各研究机构相继开展了分布式作动器的组合控制技术和气弹耦合控制律设计的研究,后续还需要大量的仿真平台和实飞验证。

除此之外,飞控系统的设计必须考虑大展弦比柔性机翼的控制和响应问题,这是不同于传统固定翼飞行器的控制特性,直接影响飞行安全和载荷性能发挥。尤其在当前的能源技术水平下,在某些特定的纬度和时间跨昼夜飞行,可能需要周期性地往复穿越对流层顶,飞行力学的气动弹性响应问题是不可回避的。

看了上面的介绍估计大部分朋友们会吐槽,咋这么像看论文啊……能不能说点听得懂的……好吧……下面说点浅显易懂的……

这样的太阳能无人机与阳光动力2号相比较有什么区别吗?

答案是,区别太大了……

“阳光动力”太阳能飞机旨在有人破纪录飞行,需要搭载人员,安装仪表显示和操纵机构;为支持长时间载人飞行,还要配备必要的生命支持系统,包括保温飞行服、头盔、氧气面罩、人体监测装置、食物、支持休息和容纳排泄物的座椅、降落伞和救生筏等,其总载重在100公斤上下,这对于太阳能飞机来说已经是一个不小的负担,再想上气密舱和空气调节这种配置不论从重量还是能源来说都无能为力了,因此该飞机仅能够在中空飞行,设计巡航高度范围在1500m~8500m,白天利用太阳能高飞,夜间低飞节约蓄电池能耗。而中空飞行最大的麻烦在于克服对流层的风环境,为此阳光动力系列太阳能飞机的主要设计思想是提高翼载(飞行重量与机翼面积之比),增加飞行速度和结构刚度,从而提高抗风能力。即便如此,相对于中空较恶劣的风场环境,其抗风能力仍然是非常有限的。

相比于阳光动力号,国际上面向未来实用需求而发展的太阳能飞机主要是太阳能无人机,其飞行高度更高,达到或接近临近空间的底层(20km上下)。看到这里,可能就会有朋友说了,太阳能无人机不管飞多高都不用考虑飞行员的感受,而且还省去了机舱内复杂的操作系统和人员生活保障系统,看来太阳能无人机要比有人机简单得多呀~

其实不然,同样一架太阳能飞机,飞行高度越高,其推进需用功率越大,与可用太阳能输出功率的矛盾更加突出,对于光伏吸收和推进系统效率、机体结构与蓄电池组的轻质化等要求也就更高。因此,研发太阳能无人机,除了省去了乘员带来的一系列保障措施外,对飞机平台的技术水平要求实际上比有人的太阳能飞机更高。

这次就给大家介绍这么多,介绍中也难免有纰漏,论坛里藏龙卧虎,如果有哪里说的不对,还请各位多多指教。下面到了有图有真相的时间了~

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