[发明专利]一种清洁能源为动力的翼型飞行器

说明书

本发明涉及飞行器技术领域，具体的讲是一种清洁能源为动力的翼型飞行器，包括机翼骨架、机翼太阳能电池分布区、旋翼、机舱、清洁能源系统、飞行与动力控制系统，机翼骨架上方设有具有弧形结构的机翼太阳能电池分布区，机翼骨架下方设有弧形结构的机舱，机翼骨架的顶角上固定有旋翼；机翼的内部采用气体密封式的隔离舱，隔离舱内可抽真空，或者填充轻型气体；机翼表面设有薄型高效率太阳能电池，其光电转换效率在20~40%范围内；飞行与动力控制系统由旋翼、光伏电池、光热电池、储能电池、水电解池、燃料电池及控制模块所组成，本发明使用太阳能发电技术为动力和控制能源，清洁无排放和污染，具有良好的系统稳定性能和功能应用灵活性。

技术领域

本发明涉及飞行器技术领域，具体的讲是一种清洁能源为动力的翼型飞行器。

背景技术

新型飞行器是一种集新材料、新能源、动力学、半导体、计算机、自动控制技术等的综合性集成技术的产品。传统的飞行器如大型载人飞机，主要采用燃油为动力飞行，经过一百多年的发展各类技术已较成熟，并在大规模使用，主要缺点是消耗大量石化燃油，排放后造成空气污染。随着各国对减排的要求，采用石化能源的交通工具包括飞机等的排放将越来越受到限制，故发展清洁能源为动力的飞行器是现在和未来的发展重点。目前采用电化学可充电电池如锂电池为动力的飞行器主要用于小型的无人机系统，如多旋翼机，一般载荷不超过5kg，续航时间不超过1小时；采用太阳能电池为动力的轻型无人或载人飞行器也已研发成功，如固定翼太阳能飞机载荷一般不超过300kg，太阳能电池安置在机翼表面，翼展一般在20m以上，占空间较大，且夜晚无法发电，只靠蓄电池动力不足，难以连续飞行。如何采用清洁能源为动力制造大载荷、长航时的新型飞行器是目前航空领域急需解决的技术和工程问题。

为解决上述问题，本发明采用了以清洁能源为动力的翼型飞行器结构系统，可满足大载荷、长航时的性能要求，清洁能源主要以太阳能为主发电，同时兼容电化学储能电池和燃料电池作为电力能源系统，对飞行器进行供电并转化为动力进行飞行和执行任务，是一种新型的无污染的绿色飞行器系统。

发明内容

本发明突破了现有技术的难题，设计了一种以清洁能源为动力的可满足大载荷、长航时的性能要求的翼型飞行器。

为了达到上述目的，本发明设计了一种清洁能源为动力的翼型飞行器，包括机翼骨架、机翼太阳能电池分布区、旋翼、机舱、清洁能源系统、飞行与动力控制系统，其特征在于：机翼骨架上方的中央位置设有机翼太阳能电池分布区，具有弧形结构，机翼骨架下方的中央位置设有机舱，也呈弧形结构，机翼骨架其余部分为平面结构，机翼骨架的顶角上固定有旋翼；机翼的内部采用气体密封式的隔离舱，隔离舱内可抽真空，或者填充轻型气体；机翼表面设有薄型高效率太阳能电池，其光电转换效率在20~40%范围内。

所述飞行与动力控制系统由旋翼、光伏电池、光热电池、储能电池、水电解池、燃料电池及控制模块所组成。

所述太阳能光伏电池和所述光热电池布置在机翼太阳能电池分布区中，机翼表面为高导热薄膜材料，并将其作为衬底，在高导热薄膜材料上方布置有太阳能光伏电池，在高导热薄膜材料下方布置有光热电池，在光热电池的下方则贴设有多孔性绝热薄膜材料。

所述轻型气体优选地为氦气或者氢气。

所述机翼骨架主要由轻质高强度材料构成，优选地采用铝合金、镁合金或者碳纤维复合材料中的一种或几种。

所述清洁能源系统的控制逻辑如下：在白天飞行时，太阳能电池发的电力能源可直接供飞行器使用，多发的一部分电能可直接存储至电化学储能电池中，另一部分可将热电池下方冷凝的水通过水电解池进行电解生成氧气和氢气并存储在机翼中的隔离仓里；在夜晚无光照时，基本的电力可由电化学储能电池供电，同时燃料电池可将机翼隔离仓中存储的氢气和氧气通过燃料电池进行反应产生电力供飞行器使用，多于部分可存储在电化学储能电池中；燃料电池在发电后所产生的水份则存储在储水箱中供白天水电解池电解使用，不足部分则由白天的热电池下方的冷凝水补充；