[发明专利]基于太阳能动力的大气质量监测无人飞艇及其控制方法

说明书

本发明提供一种基于太阳能动力的大气质量监测无人飞艇及其控制方法，无人飞艇包括：飞艇主体，包括艇囊、尾翼和吊舱；旋翼，设于吊舱两侧且穿入吊舱内连接有自由矢量电机座，用于通过自由矢量电机座带动旋翼转动，通过控制旋翼的转动方向控制飞艇主体的飞行方向；大气质量监测模块，设于吊舱前部；混合供电系统，包括多组太阳能电池板和锂电池，用于在光照充足时进行直接供电，并利用多余太阳能为用于弱光飞行或无光照飞行的锂电池充电，提高飞艇主体的续航能力。本发明通过飞艇主体结构设计、大气质量检测模块、太阳能电池板和锂电池混合供电系统，大幅度提升飞艇主体的续航能力，使其成为一项极具优势的大气质量监测手段。

技术领域

本发明属于无人飞艇技术领域，具体涉及一种基于太阳能动力的大气质量监测无人飞艇及其控制方法。

背景技术

随着经济的快速发展与人口的激增，环境问题日渐严峻，尤其是随着工业化带来的尾气排放、工业废气排放、建筑与工地扬尘等的存在，都加剧了大气污染程度，因此，就需要采用适当的手段对大气质量进行监测，进而采取有针对性的控制方式，保障大气质量。

现有技术中，由于传统的定点式与手持式大气质量监测手段不够灵活，效率低下，无法建立实时的大气模型，故市面上已推出搭载于小型无人机的机载大气质量监测系统，而由于目前小型无人机的续航能力普遍不足，一般为40min以内，载重量小，因而严重制约了该手段在大气质量监测领域中的应用，仅作为传统手段的补充，并未大规模应用。而随着现代航空技术的发展，以及如光伏技术、新型材料技术等高新技术在飞艇行业上的应用，飞艇这一平台又重新回到了人们的视野之内。现代飞艇采用氦气作为浮升力来源，故其续航能力远超普通飞行器，同时具有重量轻，载荷大，飞行平稳的特点，十分符合运用无人飞行器进行大气质量监测的各项要求。如公开号为CN113148099A的专利公开了一种氢能源辅助的太阳能飞艇及飞艇运行方法，当阳光充足时，所述太阳能电池板吸收太阳能发电，通过所述MPPT控制器和单向高压DC/DC变换器驱动所述直流无刷电机，为飞艇提供动力，当阳光不足时，所述太阳能电池板的供能不足时，启动所述氢燃料电池，通过所述单向高压DC/DC变换器驱动所述直流无刷电机，从而为飞艇提供动力。但其仅从能源角度提高续航能力，续航能力提升程度较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于太阳能动力的大气质量监测无人飞艇及其控制方法，通过飞艇主体结构设计、大气质量检测模块、太阳能电池板和锂电池混合供电系统，大幅度提升飞艇主体的续航能力，使其成为一项极具优势的大气质量监测手段。

本发明提供了如下的技术方案：

本申请提出一种基于太阳能动力的大气质量监测无人飞艇，包括：

飞艇主体，包括艇囊、尾翼和吊舱，尾翼设于艇囊后端，吊舱设于艇囊下方，用于通过控制飞艇主体的气动特性，减少艇囊、尾翼和吊舱产生的阻力及相互干扰形成的联合阻力；

旋翼，设于吊舱两侧且穿入吊舱内连接有自由矢量电机座，用于通过自由矢量电机座带动旋翼转动，通过控制旋翼的转动方向控制飞艇主体的飞行方向，旋翼连接有无刷电机，且无刷电机连接有电子调速器；

大气质量监测模块，设于吊舱前部，用于飞艇主体飞行中实时监测多种气体数据并进行传输；

混合供电系统，包括多组太阳能电池板和锂电池，用于在光照充足时进行直接供电，并利用多余太阳能为用于弱光飞行或无光照飞行的锂电池充电，提高飞艇主体的续航能力，多组串联连接的太阳能电池板铺设于艇囊内，锂电池设于吊舱内。

优先地，艇囊采用LOTTE艇型，且长细比范围为[4，6]，艇囊采用TGGH-K442新型复合耐受性球体双封膜材料，且呈双夹层结构，飞行中爬升时，尾翼迎角小于20°。