郭嘉琪++鄭興濤++董安琪

摘 要：太陽(yáng)能混合動(dòng)力氣囊機(jī)身驗(yàn)證機(jī)是一種綠色環(huán)保的新型飛行器，通過(guò)覆蓋機(jī)身的太陽(yáng)能電池板將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能并儲(chǔ)存在高效的鋰電池中，電池中儲(chǔ)存的電能穩(wěn)定釋放，在飛行過(guò)程中通過(guò)鋰電池和太陽(yáng)能提供飛行動(dòng)力。在驗(yàn)證機(jī)機(jī)身中，采用合理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將充有低于空氣密度的氣囊安裝在飛機(jī)機(jī)身內(nèi)部，進(jìn)而利用空氣浮力抵消機(jī)身重量，降低能耗。驗(yàn)證機(jī)符合新能源開(kāi)發(fā)的應(yīng)用前景，采用多種手段降低能耗，增加航程，具有積極的實(shí)踐意義。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能混合動(dòng)力氣囊機(jī)身驗(yàn)證機(jī) 綠色環(huán)保 長(zhǎng)時(shí)間巡航

中圖分類號(hào)：U463.343 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）05（c）-0001-02

1 緒論

1.1 太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)

太陽(yáng)能飛機(jī)是以太陽(yáng)輻射作為推進(jìn)能源的飛機(jī)。太陽(yáng)能飛機(jī)的動(dòng)力裝置由太陽(yáng)能電池組、直流電動(dòng)機(jī)、減速器、螺旋槳和控制裝置組成。由于太陽(yáng)輻射的能量密度小，為了獲得足夠的能量，飛機(jī)上應(yīng)有較大的攝取陽(yáng)光的表面積，以便鋪設(shè)太陽(yáng)電池，因此，太陽(yáng)能飛機(jī)的機(jī)翼面積較大。據(jù)了解，目前，美國(guó)正在研發(fā)若干款長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)。該機(jī)利用太陽(yáng)能電池板驅(qū)動(dòng)電動(dòng)馬達(dá)，為通信中繼或傳感器（攝像機(jī)等）提供動(dòng)力，可日夜行動(dòng)，在2～3萬(wàn)m的高空飛行。

太陽(yáng)能飛機(jī)是20世紀(jì)70年代隨著成本合理的太陽(yáng)能電池的出現(xiàn)而問(wèn)世的，當(dāng)時(shí)只有微型型號(hào)，直到1980年才首次載人飛行，但從來(lái)沒(méi)有進(jìn)行過(guò)載人整夜飛行，而且飛行距離一直較短。20世紀(jì)70年代末，人力飛機(jī)的發(fā)展積累了制造低速、低翼載、重量輕的飛機(jī)的經(jīng)驗(yàn)。在這一基礎(chǔ)上，美國(guó)在20世紀(jì)80年代初研制出“太陽(yáng)挑戰(zhàn)者”號(hào)單座太陽(yáng)能飛機(jī)。飛機(jī)翼展14.3 m，翼載荷為60帕（6公斤力/米2），飛機(jī)空重90 kg，機(jī)翼和水平尾翼上表面共有16128片硅太陽(yáng)電池，在理想陽(yáng)光照射下能輸出3000瓦以上的功率。目前，太陽(yáng)能飛機(jī)還處于試驗(yàn)研究階段，它的有效載重和速度都很低。

1.2 項(xiàng)目立意

太陽(yáng)能混合動(dòng)力氣囊機(jī)身驗(yàn)證機(jī)是一種綠色環(huán)保的新型飛行器，通過(guò)覆蓋機(jī)身的太陽(yáng)能電池板將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能并儲(chǔ)存在高效的鋰電池中，電池中儲(chǔ)存的電能穩(wěn)定釋放，在飛行過(guò)程中通過(guò)鋰電池和太陽(yáng)能提供飛行動(dòng)力。

在驗(yàn)證機(jī)機(jī)身中，采用合理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將充有低于空氣密度的氣囊安裝在飛機(jī)機(jī)身內(nèi)部，進(jìn)而利用空氣浮力抵消機(jī)身重量，降低能耗。

驗(yàn)證機(jī)符合新能源開(kāi)發(fā)的應(yīng)用前景，采用多種手段降低能耗，增加航程，具有積極的實(shí)踐意義。

2 整機(jī)的設(shè)計(jì)

2.1 飛機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

由于項(xiàng)目中用到太陽(yáng)能電池板為鋰電池供電，而太陽(yáng)能給鋰電池供電時(shí)主要在無(wú)人機(jī)巡航階段，這就要求鋰電池原本就可以提供無(wú)人機(jī)較長(zhǎng)的滯空時(shí)間，這樣就有更多的時(shí)間讓太陽(yáng)能電池板給鋰電池充電。從而更增加飛機(jī)的巡航能力。

為了增加飛機(jī)的巡航階段的時(shí)間，方便飛機(jī)起飛，我們將無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)成了滑翔機(jī)結(jié)構(gòu)，而且此方案經(jīng)過(guò)了多次理論的計(jì)算和實(shí)際制作的考驗(yàn)。其主要CAD圖紙如圖1、圖2：

為了能使其上面能鋪上太陽(yáng)能電池板，我們對(duì)翼肋的上部進(jìn)行了切割處理，使其平整，方便鋪上太陽(yáng)能電池板。

機(jī)身方面，為了能在機(jī)體內(nèi)充入盡可能多的氣，我們將機(jī)身中的隔框盡量的鏤空，在不使無(wú)人機(jī)機(jī)體的結(jié)構(gòu)的破壞下，充入更多的氣體。

綜合以上，飛機(jī)的部分參數(shù)如表1。

2.2 無(wú)人機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)

飛機(jī)電機(jī)參數(shù)如表2。

螺旋槳為選用與低kV值電機(jī)相對(duì)應(yīng)的大槳，1260的槳即直徑為12英寸即304.8 mm，螺距為6英寸即152.4 mm。

以下為電機(jī)配合槳工作的參數(shù)（見(jiàn)表3）。

在無(wú)人機(jī)中電調(diào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)完成各種指令。

電調(diào)全稱電子調(diào)速器，英文electronic speed controller，簡(jiǎn)稱ESC。針對(duì)電機(jī)不同，可分為有刷電調(diào)和無(wú)刷電調(diào)。它根據(jù)控制信號(hào)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。電調(diào)輸入是直流，可以接穩(wěn)壓電源，或者鋰電池。一般的供電都在2～6節(jié)鋰電池左右。輸出是三相交流，直接與電機(jī)的三相輸入端相連。如果上電后你的電機(jī)反轉(zhuǎn)，你只需要把這三根線中間的任意兩根對(duì)換位置即可。電調(diào)還有三根信號(hào)線連出，用來(lái)與接收機(jī)連接，控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。

電調(diào)選的是好盈牌飛騰FlyFun40A無(wú)刷電調(diào)。

2.3 無(wú)人機(jī)的能源管理系統(tǒng)

電池，我們選用的是ACE 2200mAh 3S 11.1V25C鋰電池組，具體參數(shù)如表4。

太陽(yáng)能電池板的具體參數(shù)如表5。

調(diào)壓模塊為直流降壓模塊LM2596。

其參數(shù)如表6。

太陽(yáng)能電池板給鋰電池充電，從而防止太陽(yáng)能電池板給無(wú)人機(jī)直接供電導(dǎo)致某些情況下太陽(yáng)能電池板瞬時(shí)提供的電量不夠給無(wú)人機(jī)供能的問(wèn)題。

由于電池電壓為11.1 V，容量為2200 mAh，充電倍率為5 C，即：2.2×5=11（A），則最大充電電流為11A。

我們將機(jī)翼上表面鋪上40個(gè)太陽(yáng)能電池板，并將其等分為兩組，每組20個(gè)。將每組內(nèi)的電池板串聯(lián)，加上一個(gè)調(diào)壓模塊，在太陽(yáng)底下將電壓調(diào)為15 V，這樣得到的電流為2.4 A。而這2.4 A的電流小于調(diào)壓模塊的最大輸出電流3 A的限制，所以是安全的。再將這兩個(gè)調(diào)壓模塊的輸出端并聯(lián)，就得到了一個(gè)輸出電壓為15 V，輸出電流為4.8 A的電池組。由于鋰電池的最大充電電流為11 A，所以用這個(gè)電池組給鋰電池充電是可行的。

算上鋰電池的充放電效率，太陽(yáng)能電池組能傳遞給電機(jī)的功率約70 W。剛好為電機(jī)配合螺旋槳產(chǎn)生拉力效率最大的功率。此時(shí)的拉力為0.71 kg。推重比為0.28，足夠巡航時(shí)用。

2.4 無(wú)人機(jī)的氣囊

氣體方面數(shù)據(jù)如表7（在0℃、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下）。

結(jié)合上述數(shù)據(jù)，我們沖的氣體選定為氦氣。其密度較低，且安全性上遠(yuǎn)高于氫氣。作為惰性氣體，氦氣也不會(huì)與無(wú)人機(jī)上的任何部件發(fā)生反應(yīng)。

至此滿足了所有要求。

3 應(yīng)用的前景

運(yùn)用此無(wú)人機(jī)作為空中平臺(tái)，可以搭載設(shè)備進(jìn)行航拍、監(jiān)控、測(cè)繪等工作。由于采用太陽(yáng)能功能，使無(wú)人機(jī)可以長(zhǎng)時(shí)間的巡航，更好的完成任務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 魏岳江.太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)及其軍事應(yīng)用[J].國(guó)防科技，2012（6）.

[2] 太陽(yáng)能簡(jiǎn)介[J].化工時(shí)代，2012，26（3）.

摘 要：太陽(yáng)能混合動(dòng)力氣囊機(jī)身驗(yàn)證機(jī)是一種綠色環(huán)保的新型飛行器，通過(guò)覆蓋機(jī)身的太陽(yáng)能電池板將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能并儲(chǔ)存在高效的鋰電池中，電池中儲(chǔ)存的電能穩(wěn)定釋放，在飛行過(guò)程中通過(guò)鋰電池和太陽(yáng)能提供飛行動(dòng)力。在驗(yàn)證機(jī)機(jī)身中，采用合理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將充有低于空氣密度的氣囊安裝在飛機(jī)機(jī)身內(nèi)部，進(jìn)而利用空氣浮力抵消機(jī)身重量，降低能耗。驗(yàn)證機(jī)符合新能源開(kāi)發(fā)的應(yīng)用前景，采用多種手段降低能耗，增加航程，具有積極的實(shí)踐意義。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能混合動(dòng)力氣囊機(jī)身驗(yàn)證機(jī) 綠色環(huán)保 長(zhǎng)時(shí)間巡航

中圖分類號(hào)：U463.343 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）05（c）-0001-02

1 緒論

1.1 太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)

太陽(yáng)能飛機(jī)是以太陽(yáng)輻射作為推進(jìn)能源的飛機(jī)。太陽(yáng)能飛機(jī)的動(dòng)力裝置由太陽(yáng)能電池組、直流電動(dòng)機(jī)、減速器、螺旋槳和控制裝置組成。由于太陽(yáng)輻射的能量密度小，為了獲得足夠的能量，飛機(jī)上應(yīng)有較大的攝取陽(yáng)光的表面積，以便鋪設(shè)太陽(yáng)電池，因此，太陽(yáng)能飛機(jī)的機(jī)翼面積較大。據(jù)了解，目前，美國(guó)正在研發(fā)若干款長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)。該機(jī)利用太陽(yáng)能電池板驅(qū)動(dòng)電動(dòng)馬達(dá)，為通信中繼或傳感器（攝像機(jī)等）提供動(dòng)力，可日夜行動(dòng)，在2～3萬(wàn)m的高空飛行。

太陽(yáng)能飛機(jī)是20世紀(jì)70年代隨著成本合理的太陽(yáng)能電池的出現(xiàn)而問(wèn)世的，當(dāng)時(shí)只有微型型號(hào)，直到1980年才首次載人飛行，但從來(lái)沒(méi)有進(jìn)行過(guò)載人整夜飛行，而且飛行距離一直較短。20世紀(jì)70年代末，人力飛機(jī)的發(fā)展積累了制造低速、低翼載、重量輕的飛機(jī)的經(jīng)驗(yàn)。在這一基礎(chǔ)上，美國(guó)在20世紀(jì)80年代初研制出“太陽(yáng)挑戰(zhàn)者”號(hào)單座太陽(yáng)能飛機(jī)。飛機(jī)翼展14.3 m，翼載荷為60帕（6公斤力/米2），飛機(jī)空重90 kg，機(jī)翼和水平尾翼上表面共有16128片硅太陽(yáng)電池，在理想陽(yáng)光照射下能輸出3000瓦以上的功率。目前，太陽(yáng)能飛機(jī)還處于試驗(yàn)研究階段，它的有效載重和速度都很低。

1.2 項(xiàng)目立意

太陽(yáng)能混合動(dòng)力氣囊機(jī)身驗(yàn)證機(jī)是一種綠色環(huán)保的新型飛行器，通過(guò)覆蓋機(jī)身的太陽(yáng)能電池板將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能并儲(chǔ)存在高效的鋰電池中，電池中儲(chǔ)存的電能穩(wěn)定釋放，在飛行過(guò)程中通過(guò)鋰電池和太陽(yáng)能提供飛行動(dòng)力。

在驗(yàn)證機(jī)機(jī)身中，采用合理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將充有低于空氣密度的氣囊安裝在飛機(jī)機(jī)身內(nèi)部，進(jìn)而利用空氣浮力抵消機(jī)身重量，降低能耗。

驗(yàn)證機(jī)符合新能源開(kāi)發(fā)的應(yīng)用前景，采用多種手段降低能耗，增加航程，具有積極的實(shí)踐意義。

2 整機(jī)的設(shè)計(jì)

2.1 飛機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

由于項(xiàng)目中用到太陽(yáng)能電池板為鋰電池供電，而太陽(yáng)能給鋰電池供電時(shí)主要在無(wú)人機(jī)巡航階段，這就要求鋰電池原本就可以提供無(wú)人機(jī)較長(zhǎng)的滯空時(shí)間，這樣就有更多的時(shí)間讓太陽(yáng)能電池板給鋰電池充電。從而更增加飛機(jī)的巡航能力。

為了增加飛機(jī)的巡航階段的時(shí)間，方便飛機(jī)起飛，我們將無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)成了滑翔機(jī)結(jié)構(gòu)，而且此方案經(jīng)過(guò)了多次理論的計(jì)算和實(shí)際制作的考驗(yàn)。其主要CAD圖紙如圖1、圖2：

為了能使其上面能鋪上太陽(yáng)能電池板，我們對(duì)翼肋的上部進(jìn)行了切割處理，使其平整，方便鋪上太陽(yáng)能電池板。

機(jī)身方面，為了能在機(jī)體內(nèi)充入盡可能多的氣，我們將機(jī)身中的隔框盡量的鏤空，在不使無(wú)人機(jī)機(jī)體的結(jié)構(gòu)的破壞下，充入更多的氣體。

綜合以上，飛機(jī)的部分參數(shù)如表1。

2.2 無(wú)人機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)

飛機(jī)電機(jī)參數(shù)如表2。

螺旋槳為選用與低kV值電機(jī)相對(duì)應(yīng)的大槳，1260的槳即直徑為12英寸即304.8 mm，螺距為6英寸即152.4 mm。

以下為電機(jī)配合槳工作的參數(shù)（見(jiàn)表3）。

在無(wú)人機(jī)中電調(diào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)完成各種指令。

電調(diào)全稱電子調(diào)速器，英文electronic speed controller，簡(jiǎn)稱ESC。針對(duì)電機(jī)不同，可分為有刷電調(diào)和無(wú)刷電調(diào)。它根據(jù)控制信號(hào)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。電調(diào)輸入是直流，可以接穩(wěn)壓電源，或者鋰電池。一般的供電都在2～6節(jié)鋰電池左右。輸出是三相交流，直接與電機(jī)的三相輸入端相連。如果上電后你的電機(jī)反轉(zhuǎn)，你只需要把這三根線中間的任意兩根對(duì)換位置即可。電調(diào)還有三根信號(hào)線連出，用來(lái)與接收機(jī)連接，控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。

電調(diào)選的是好盈牌飛騰FlyFun40A無(wú)刷電調(diào)。

2.3 無(wú)人機(jī)的能源管理系統(tǒng)

電池，我們選用的是ACE 2200mAh 3S 11.1V25C鋰電池組，具體參數(shù)如表4。

太陽(yáng)能電池板的具體參數(shù)如表5。

調(diào)壓模塊為直流降壓模塊LM2596。

其參數(shù)如表6。

太陽(yáng)能電池板給鋰電池充電，從而防止太陽(yáng)能電池板給無(wú)人機(jī)直接供電導(dǎo)致某些情況下太陽(yáng)能電池板瞬時(shí)提供的電量不夠給無(wú)人機(jī)供能的問(wèn)題。

由于電池電壓為11.1 V，容量為2200 mAh，充電倍率為5 C，即：2.2×5=11（A），則最大充電電流為11A。

我們將機(jī)翼上表面鋪上40個(gè)太陽(yáng)能電池板，并將其等分為兩組，每組20個(gè)。將每組內(nèi)的電池板串聯(lián)，加上一個(gè)調(diào)壓模塊，在太陽(yáng)底下將電壓調(diào)為15 V，這樣得到的電流為2.4 A。而這2.4 A的電流小于調(diào)壓模塊的最大輸出電流3 A的限制，所以是安全的。再將這兩個(gè)調(diào)壓模塊的輸出端并聯(lián)，就得到了一個(gè)輸出電壓為15 V，輸出電流為4.8 A的電池組。由于鋰電池的最大充電電流為11 A，所以用這個(gè)電池組給鋰電池充電是可行的。

算上鋰電池的充放電效率，太陽(yáng)能電池組能傳遞給電機(jī)的功率約70 W。剛好為電機(jī)配合螺旋槳產(chǎn)生拉力效率最大的功率。此時(shí)的拉力為0.71 kg。推重比為0.28，足夠巡航時(shí)用。

2.4 無(wú)人機(jī)的氣囊

氣體方面數(shù)據(jù)如表7（在0℃、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下）。

結(jié)合上述數(shù)據(jù)，我們沖的氣體選定為氦氣。其密度較低，且安全性上遠(yuǎn)高于氫氣。作為惰性氣體，氦氣也不會(huì)與無(wú)人機(jī)上的任何部件發(fā)生反應(yīng)。

至此滿足了所有要求。

3 應(yīng)用的前景

運(yùn)用此無(wú)人機(jī)作為空中平臺(tái)，可以搭載設(shè)備進(jìn)行航拍、監(jiān)控、測(cè)繪等工作。由于采用太陽(yáng)能功能，使無(wú)人機(jī)可以長(zhǎng)時(shí)間的巡航，更好的完成任務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 魏岳江.太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)及其軍事應(yīng)用[J].國(guó)防科技，2012（6）.

[2] 太陽(yáng)能簡(jiǎn)介[J].化工時(shí)代，2012，26（3）.

摘 要：太陽(yáng)能混合動(dòng)力氣囊機(jī)身驗(yàn)證機(jī)是一種綠色環(huán)保的新型飛行器，通過(guò)覆蓋機(jī)身的太陽(yáng)能電池板將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能并儲(chǔ)存在高效的鋰電池中，電池中儲(chǔ)存的電能穩(wěn)定釋放，在飛行過(guò)程中通過(guò)鋰電池和太陽(yáng)能提供飛行動(dòng)力。在驗(yàn)證機(jī)機(jī)身中，采用合理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將充有低于空氣密度的氣囊安裝在飛機(jī)機(jī)身內(nèi)部，進(jìn)而利用空氣浮力抵消機(jī)身重量，降低能耗。驗(yàn)證機(jī)符合新能源開(kāi)發(fā)的應(yīng)用前景，采用多種手段降低能耗，增加航程，具有積極的實(shí)踐意義。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能混合動(dòng)力氣囊機(jī)身驗(yàn)證機(jī) 綠色環(huán)保 長(zhǎng)時(shí)間巡航

中圖分類號(hào)：U463.343 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）05（c）-0001-02

1 緒論

1.1 太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)

太陽(yáng)能飛機(jī)是以太陽(yáng)輻射作為推進(jìn)能源的飛機(jī)。太陽(yáng)能飛機(jī)的動(dòng)力裝置由太陽(yáng)能電池組、直流電動(dòng)機(jī)、減速器、螺旋槳和控制裝置組成。由于太陽(yáng)輻射的能量密度小，為了獲得足夠的能量，飛機(jī)上應(yīng)有較大的攝取陽(yáng)光的表面積，以便鋪設(shè)太陽(yáng)電池，因此，太陽(yáng)能飛機(jī)的機(jī)翼面積較大。據(jù)了解，目前，美國(guó)正在研發(fā)若干款長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)。該機(jī)利用太陽(yáng)能電池板驅(qū)動(dòng)電動(dòng)馬達(dá)，為通信中繼或傳感器（攝像機(jī)等）提供動(dòng)力，可日夜行動(dòng)，在2～3萬(wàn)m的高空飛行。

太陽(yáng)能飛機(jī)是20世紀(jì)70年代隨著成本合理的太陽(yáng)能電池的出現(xiàn)而問(wèn)世的，當(dāng)時(shí)只有微型型號(hào)，直到1980年才首次載人飛行，但從來(lái)沒(méi)有進(jìn)行過(guò)載人整夜飛行，而且飛行距離一直較短。20世紀(jì)70年代末，人力飛機(jī)的發(fā)展積累了制造低速、低翼載、重量輕的飛機(jī)的經(jīng)驗(yàn)。在這一基礎(chǔ)上，美國(guó)在20世紀(jì)80年代初研制出“太陽(yáng)挑戰(zhàn)者”號(hào)單座太陽(yáng)能飛機(jī)。飛機(jī)翼展14.3 m，翼載荷為60帕（6公斤力/米2），飛機(jī)空重90 kg，機(jī)翼和水平尾翼上表面共有16128片硅太陽(yáng)電池，在理想陽(yáng)光照射下能輸出3000瓦以上的功率。目前，太陽(yáng)能飛機(jī)還處于試驗(yàn)研究階段，它的有效載重和速度都很低。

1.2 項(xiàng)目立意

太陽(yáng)能混合動(dòng)力氣囊機(jī)身驗(yàn)證機(jī)是一種綠色環(huán)保的新型飛行器，通過(guò)覆蓋機(jī)身的太陽(yáng)能電池板將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能并儲(chǔ)存在高效的鋰電池中，電池中儲(chǔ)存的電能穩(wěn)定釋放，在飛行過(guò)程中通過(guò)鋰電池和太陽(yáng)能提供飛行動(dòng)力。

在驗(yàn)證機(jī)機(jī)身中，采用合理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將充有低于空氣密度的氣囊安裝在飛機(jī)機(jī)身內(nèi)部，進(jìn)而利用空氣浮力抵消機(jī)身重量，降低能耗。

驗(yàn)證機(jī)符合新能源開(kāi)發(fā)的應(yīng)用前景，采用多種手段降低能耗，增加航程，具有積極的實(shí)踐意義。

2 整機(jī)的設(shè)計(jì)

2.1 飛機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

由于項(xiàng)目中用到太陽(yáng)能電池板為鋰電池供電，而太陽(yáng)能給鋰電池供電時(shí)主要在無(wú)人機(jī)巡航階段，這就要求鋰電池原本就可以提供無(wú)人機(jī)較長(zhǎng)的滯空時(shí)間，這樣就有更多的時(shí)間讓太陽(yáng)能電池板給鋰電池充電。從而更增加飛機(jī)的巡航能力。

為了增加飛機(jī)的巡航階段的時(shí)間，方便飛機(jī)起飛，我們將無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)成了滑翔機(jī)結(jié)構(gòu)，而且此方案經(jīng)過(guò)了多次理論的計(jì)算和實(shí)際制作的考驗(yàn)。其主要CAD圖紙如圖1、圖2：

為了能使其上面能鋪上太陽(yáng)能電池板，我們對(duì)翼肋的上部進(jìn)行了切割處理，使其平整，方便鋪上太陽(yáng)能電池板。

機(jī)身方面，為了能在機(jī)體內(nèi)充入盡可能多的氣，我們將機(jī)身中的隔框盡量的鏤空，在不使無(wú)人機(jī)機(jī)體的結(jié)構(gòu)的破壞下，充入更多的氣體。

綜合以上，飛機(jī)的部分參數(shù)如表1。

2.2 無(wú)人機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)

飛機(jī)電機(jī)參數(shù)如表2。

螺旋槳為選用與低kV值電機(jī)相對(duì)應(yīng)的大槳，1260的槳即直徑為12英寸即304.8 mm，螺距為6英寸即152.4 mm。

以下為電機(jī)配合槳工作的參數(shù)（見(jiàn)表3）。

在無(wú)人機(jī)中電調(diào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)完成各種指令。

電調(diào)全稱電子調(diào)速器，英文electronic speed controller，簡(jiǎn)稱ESC。針對(duì)電機(jī)不同，可分為有刷電調(diào)和無(wú)刷電調(diào)。它根據(jù)控制信號(hào)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。電調(diào)輸入是直流，可以接穩(wěn)壓電源，或者鋰電池。一般的供電都在2～6節(jié)鋰電池左右。輸出是三相交流，直接與電機(jī)的三相輸入端相連。如果上電后你的電機(jī)反轉(zhuǎn)，你只需要把這三根線中間的任意兩根對(duì)換位置即可。電調(diào)還有三根信號(hào)線連出，用來(lái)與接收機(jī)連接，控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。

電調(diào)選的是好盈牌飛騰FlyFun40A無(wú)刷電調(diào)。

2.3 無(wú)人機(jī)的能源管理系統(tǒng)

電池，我們選用的是ACE 2200mAh 3S 11.1V25C鋰電池組，具體參數(shù)如表4。

太陽(yáng)能電池板的具體參數(shù)如表5。

調(diào)壓模塊為直流降壓模塊LM2596。

其參數(shù)如表6。

太陽(yáng)能電池板給鋰電池充電，從而防止太陽(yáng)能電池板給無(wú)人機(jī)直接供電導(dǎo)致某些情況下太陽(yáng)能電池板瞬時(shí)提供的電量不夠給無(wú)人機(jī)供能的問(wèn)題。

由于電池電壓為11.1 V，容量為2200 mAh，充電倍率為5 C，即：2.2×5=11（A），則最大充電電流為11A。

我們將機(jī)翼上表面鋪上40個(gè)太陽(yáng)能電池板，并將其等分為兩組，每組20個(gè)。將每組內(nèi)的電池板串聯(lián)，加上一個(gè)調(diào)壓模塊，在太陽(yáng)底下將電壓調(diào)為15 V，這樣得到的電流為2.4 A。而這2.4 A的電流小于調(diào)壓模塊的最大輸出電流3 A的限制，所以是安全的。再將這兩個(gè)調(diào)壓模塊的輸出端并聯(lián)，就得到了一個(gè)輸出電壓為15 V，輸出電流為4.8 A的電池組。由于鋰電池的最大充電電流為11 A，所以用這個(gè)電池組給鋰電池充電是可行的。

算上鋰電池的充放電效率，太陽(yáng)能電池組能傳遞給電機(jī)的功率約70 W。剛好為電機(jī)配合螺旋槳產(chǎn)生拉力效率最大的功率。此時(shí)的拉力為0.71 kg。推重比為0.28，足夠巡航時(shí)用。

2.4 無(wú)人機(jī)的氣囊

氣體方面數(shù)據(jù)如表7（在0℃、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下）。

結(jié)合上述數(shù)據(jù)，我們沖的氣體選定為氦氣。其密度較低，且安全性上遠(yuǎn)高于氫氣。作為惰性氣體，氦氣也不會(huì)與無(wú)人機(jī)上的任何部件發(fā)生反應(yīng)。

至此滿足了所有要求。

3 應(yīng)用的前景

運(yùn)用此無(wú)人機(jī)作為空中平臺(tái)，可以搭載設(shè)備進(jìn)行航拍、監(jiān)控、測(cè)繪等工作。由于采用太陽(yáng)能功能，使無(wú)人機(jī)可以長(zhǎng)時(shí)間的巡航，更好的完成任務(wù)。

參考文獻(xiàn)

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