本發(fā)明屬于無人機設計領域，涉及一種串置翼布局太陽能的長航時高空飛行器。

背景技術：

隨著航空業(yè)發(fā)展，能源、噪音及污染問題也會越來越明顯。太陽能飛機這種利用光伏電池的零碳環(huán)保飛行器，具有常規(guī)飛行器不可替代的一些優(yōu)點勢必成為發(fā)展熱點。

太陽能無人機要求飛機必須具有較高的升阻比，而串置布局方案在這方面呈現(xiàn)的優(yōu)勢明顯。此種布局構型除結構和質量方面的優(yōu)勢外，通過改變前后兩個機翼之間的升力分布分配，能夠使飛機機翼的飛行誘導阻力明顯減小。在參考面積，翼展等機翼主要參數(shù)相同的情況下，串列翼布局無人飛行器的升力系數(shù)和升阻比較單機翼布局的大，其氣動性能要優(yōu)于單機翼布局，幾何尺寸要小，實用性更強，氣動性能的提升空間較大，實用性更強。

目前串置翼研究還是停留在數(shù)值模擬方面，國外Scharp對串置翼直機翼構型低雷諾數(shù)的氣動特性進行了試驗研究，驗證了此布局的優(yōu)勢。密蘇里大學的Mark也對串置翼做了大量氣動研究。國內李廣佳和張國慶都進行了串置翼的低雷諾數(shù)氣動研究，常浩等人對串置翼在到飛艇上應用進行了氣動特性數(shù)值研究。而在太陽能無人機試飛成功的試驗機中都是常規(guī)布局，如在全球航行的瑞士制造的“陽光動力2號”，國內的綠色先鋒號以及在科研類航空航天錦標賽中的太陽飛機等。目前沒有太能飛機布局是串置翼布局。

技術實現(xiàn)要素：

解決的技術問題是：增加太能電池板鋪設面積已解決功率不夠的問題。提供氣動性能優(yōu)秀的太陽能飛機的氣動布局，使得太陽能飛機可以具有良好的結構布局。

解決方案：一種串置翼太陽能無人機，包括串置翼系統(tǒng)一前翼2和后翼3、垂直尾翼6、機身4，在前翼左右各一個電機，機身內有電力系統(tǒng)1，前后翼內部鋪設有太陽能電池板3，前后翼表面使用透明薄膜蒙皮。

所述的串置翼系統(tǒng)的前翼為矩形翼加梯形翼且前翼上反角5，單個上反段長度為機翼展長的1/5，后翼為平直翼，展弦比為10。

所述的梯形翼段根梢比為0.8。

所述的電機為盤式電機以驅動大直徑的槳，電機位置在距離機身35％的半展長的位置。

所述的電力系統(tǒng)為大容量鋰電池、電調、MPPT(峰值功率跟蹤器)等，白天太陽能電池板收集太陽能，并通過MPPT(峰值功率跟蹤器)將一部分能量儲存在儲能電池中，另一部分則用于驅動飛機上需要能量的部件(電動機、舵機、載設備等)；晚上飛機依靠儲存的電池提供的電量進行飛行。

優(yōu)點：1此種布局構型除結構和質量方面的優(yōu)勢外，通過改變前后兩個機翼之間的升力分布分配，能夠使飛機機翼的飛行誘導阻力明顯減小。在參考面積，翼展等機翼主要參數(shù)相同的情況下，串列翼布局無人飛行器的升力系數(shù)和升阻比較單機翼布局的大，其氣動性能要優(yōu)于單機翼布局，氣動性能的提升空間較大。而且在方便太陽能電池板的鋪設，幾何尺寸要小制作簡單，實用性更強。

2通太陽能電池與電機間的電器控制電路，驅動電機帶動大螺旋槳旋轉工作，減少了螺旋槳減速機構的能量損耗和重量。

3完全用太陽能板轉化的能量作為飛機的動力來源，可用鋰電池作為富余電能地儲存，飛機時實現(xiàn)晝夜飛行。

附圖說明

圖1為串置翼太陽能無人機的俯視圖；

圖2為串置翼太陽能無人機的斜視圖；

圖3為串置翼太陽能無人機的側視圖；

圖4為前后翼位置說明圖。

具體實施方式

所述的串置翼系統(tǒng)，使用Fluent軟件進行氣動分析確定前翼和后翼之間的水平相對距離S和垂直相對距離H(距離規(guī)定見圖4)，通過分析S為5倍弦長，H為0.4倍弦長時串置翼系統(tǒng)有較好的氣動性能。串置翼的前翼為矩形翼加梯形翼且前翼上反角5，單個上反段長度為機翼展長的1/5，后翼為平直翼，展弦比為10。

所述的梯形翼段根梢比為0.8。

所述的電機為盤式電機以驅動大直徑的槳，電機位置在距離機身35％的半展長的位置。

所述的電力系統(tǒng)1為大容量鋰電池、電調、MPPT(峰值功率跟蹤器)等，白天太陽能電池板收集太陽能，并通過MPPT(峰值功率跟蹤器)將一部分能量儲存在儲能電池中，另一部分則用于驅動飛機上需要能量的部件(電動機、舵機、載設備等)；晚上飛機依靠儲存的電池提供的電量進行飛行。

串置翼飛機屬于非常規(guī)布局采用是鴨翼控制方式即前翼舵面為升降舵，后翼舵面為副翼。副翼面積相對于機翼面積一般在5％～7％；副翼相對弦長(與機翼當?shù)叵议L相比)約為20％～25％；副翼展長一般從50％～60％延伸到90％左右，即相對展長為30％～40％；平尾的升降舵在平尾弦向所占的比例為20％；立尾相對面積(立尾面積/機翼全面積)在20％～25％，方向舵在弦向所占比例為20％。

具體制作時，使用三維軟件建立模型，然后使用CAD軟件繪制二維零件圖后用激光雕刻機雕出零件。機翼制作是使用層板雕刻出兩個翼型，將翼型夾在保溫板兩邊，用泡沫切割機切成，采用碳桿將強機翼。機身為碳桿，采用快干環(huán)氧樹脂將機身與機翼通過航空層板剛性結合。太陽能電池板安裝采用將每塊電池板串聯(lián)焊接封裝到機翼內部，用透明超輕蒙皮保證透光，這樣可以解決氣動效率和轉換率的問題。前翼、后翼和垂直尾翼控制舵面的舵機都在翼內部。