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献计 关于最大国产太阳能飞机的改进提议

日期: 2017-03-02
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去年7月26日,著名冒险世家皮卡德家族本代“当家”贝特朗·皮卡尔,驾驶大型太阳能飞机“阳光动力2号”完成了环球飞行的壮举,想来许多人到现在还记得。

 

献计 关于最大国产太阳能飞机的改进提议

 

贝特朗此举,无疑对正当红的新能源、无人机话题起到了推波助澜的效果。许多人由此发问——我们的太阳人无人机在哪儿?

回答是:已经完成了第一阶段的试飞任务,正准备进行进阶测试!

 

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前天(2017年2月8日)多家媒体放出消息,早于2015年就开始进行飞行测试的国产大型太阳能飞行器“彩虹”,正式宣布完成了第一阶段的所有项目。并就已经发现的问题做出了相应改进。在此之后,项目将转向第二阶段拓展任务——测试其在临近空间内飞行的各项数据,验证在该高度下携带不同重量和类型载荷时的飞行能力。

 

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飞行在云层上的“阳光动力2号”。这是目前唯一的载人太阳能动力飞机

 

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问题:“太阳能飞机”是什么?

回答:顾名思义,就是以太阳射出的电磁辐射为动力源的飞行器

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简而言之就是是飞机依靠安装在其上的太阳能电池板转化光能,驱动机载电动机飞行。

其优点在于只要有足够强度的光照,机载光伏电池就能源源不断地产生电能。支持发动机不断工作维持飞行状态。

根据新华社2月8日报道,“彩虹”太阳能无人机翼展超过40米,表面布满太阳能电池板。由于该型无人机搭载储能系统,可在设备的理论工作寿命内实现几乎永不落地的持续飞行。

 

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迎着晨曦准备起飞的“彩虹”无人机

 

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问题:太阳能飞机是何时出现的,其意义何在?

回答:NASA在上世纪末开始的相关项目是一切的源头

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负责“彩虹”项目的空气动力技术研究院无人机总工程师石文介绍,“彩虹”是继美国NASA研制的“开创者”无人机(包括Pathfinder、Pathfinder-Plus、Centurion和Helios等四类)系列后,目前世界上进入工程化运用阶段的最大型太阳能无人机。其尺寸、性能指标和技术水准等,均已跻身国际前三行列。

由于自身架构和现有储能电池、光伏设备性能的极限,采用太阳能动力的无人机必须采用大展弦比机翼轻量化设计,以便尽可能减小翼载荷。这也使其可以仅凭很小的动力,慢慢爬升至20000-30000米的“临近空间”。在该空域内,大气层较海平面稀薄的多,因此不存在对流层内复杂的气象条件。可保障飞行器长期稳定巡航。

此外,由于遥远处于云层之上,临近空间长期“晴空万里”,这也有利于机载光伏电池尽可能在白昼期间汲取能量。

 

献计 关于最大国产太阳能飞机的改进提议

在临近空间高度,蓝色的天幕已经褪去,天空会呈现紫色。此外,大地的弧线也可以用肉眼辨别

 

石文总工程师表示,由于太阳能无人机的特殊性,导致其气动布局和翼型大异于常规飞行器,无法套用成熟的常规飞机模板。所以设计中遇到的一切问题,都需要自行摸索。通过反复尝试进行不断优化。此外,此类飞行器对重量和翼展的严苛要求,对各类高强度复合材料与高转换率的先进光伏电池均有特殊要求。

 

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本世纪初,NASA开发的大型临近高空无人机。但该项目后来因故没有继续发展下去

 

 

凭借超高空、长航时、易保障这三大“法宝”,太阳能无人机未来有望承担起长时间空中预警、大面积空中侦察以及灾害监测、气象观测、通信中继等任务。其最大飞行高度以及新一代太阳能无人机可突破夜间飞行限制等特性,使其初步具备了替代部分近地轨道航天器执行任务的能力。由于其执行任务只需要从机场起飞即可,不需要发射入轨,并能在必要时降落维护与升级的特性。顾其使用成本更低和任务弹性远胜过地球人造卫星。

 

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问题:太阳能超高空无人机的主要难点是什么?

回答:在光电转换产生的有限能量,与超高空飞行所需要动力之间找平衡是最困难的。其中牵涉到一系列的问题。

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目前,受蓄电池组、电动机和光伏电池组件等构成的这堆“死重”拖累,太阳能无人机虽大,但载荷能力却非常有限。以迄今最大尺寸的,翼展达到60米级的超大型太阳能无人机Helios为例,其所能提供的有效载荷能力也仅50千克。贝特朗·皮卡尔驾驶的“阳光动力2号”,由于需要载人飞行,虽具有100千克以上的载荷能力,但也导致了其无法实现真正的长时间不着陆飞行。“彩虹”翼展40余米,其最大载荷数据应在20-30千克之间。

提高临近空间用途太阳能无人机性能的手段无非有二:或者是进一步降低整机质量;或者是继续提高现有的电动引擎、储能设备和光伏电池的效率,减重增效。

 

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问题:作为国内领先的光伏电池提供商,中民来对国产太阳能飞机有何建议?

回答:建议采用中民来先进的N型双面单晶电池板产品来进行改进

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在此,中民来电力认为,“彩虹”完全可以采用N型双面单晶高效电池板,来替换机翼上敷设的单面光伏电池板。中民来目前已实现量产的N型双面单晶电池有别于传统光伏电池,可双面发电,理论上可省区一半机载电池板。所以,“彩虹”完全可以通过更换机翼光伏电池板的简单改进,来大幅度提高无人机的载荷能力。根据中民来方面专家估算,此举如果可行,则有望让“彩虹”的载荷能力翻倍!

 

 

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中民来目前的“拳头产品”,N型单晶双面板,正面背面均可发电

 

 

太阳能动力飞机,是一项颇具潜力的大工程。其改进和升级,需要全盘考虑。上述只是中民来作为行业内有一定资历企业的一点小小的建议。对此,关注中国光伏产业的您怎么看呢?

 

 

 

 

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