本發(fā)明提供一種模塊化組合式太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)方案，屬于新概念航空航天器系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。

二、

背景技術(shù)：
：

以太陽(yáng)能作為未來(lái)飛行器的輔助能源甚至主要能源，是人類發(fā)展具有方向性和前沿性的重要研究目標(biāo)。太陽(yáng)能飛機(jī)是在上世紀(jì)70年代隨著太陽(yáng)能電池成本的降低而出現(xiàn)，由于太陽(yáng)能飛機(jī)飛行不需要自帶燃料，為長(zhǎng)航時(shí)飛行創(chuàng)造了條件。因此，不少發(fā)達(dá)國(guó)家均致力于將太陽(yáng)能作為能量來(lái)源的高空長(zhǎng)航時(shí)飛行器的研發(fā)。

目前的太陽(yáng)能飛行器機(jī)主要采用太陽(yáng)能光伏電池作為主要的供電部件，為獲取更多的太陽(yáng)能能源，一個(gè)可行的辦法是增加太陽(yáng)能電池片的鋪設(shè)面積，但這勢(shì)必會(huì)加大太陽(yáng)能飛機(jī)的外形尺寸。然而，機(jī)場(chǎng)的跑道尺寸、太陽(yáng)能飛機(jī)的制造與運(yùn)輸往往限制了太陽(yáng)能飛機(jī)的尺寸。

為此，本發(fā)明提供一種模塊化組合式太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)方案。

三、

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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(1)目的：本發(fā)明提供一種模塊化組合式太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)方案，使用該方案設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)，是由多個(gè)模塊在空中有序?qū)咏M合而成。每個(gè)模塊在地面獨(dú)立起飛，升空至低風(fēng)速空域之后，利用GPS或北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)，確定每一個(gè)模塊的位置；通過路徑規(guī)劃實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊在空中的有序?qū)雍喜ⅲ纬沙笮徒M合式太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)，然后此超大型太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)可再實(shí)現(xiàn)更高高度的爬升和巡航飛行；當(dāng)完成預(yù)定任務(wù)或到達(dá)預(yù)定地點(diǎn)后，此超大型太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)可降落至低風(fēng)速空域，進(jìn)行有序分解，形成多個(gè)模塊，這多個(gè)模塊可順序降落在預(yù)定機(jī)場(chǎng)。

(2)技術(shù)方案：本發(fā)明一種模塊化組合式太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)方案，模塊化組合式太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)由多個(gè)相同模塊組成，每個(gè)模塊采用大展弦比平直機(jī)翼，每個(gè)模塊均取消水平尾翼和垂直尾翼，每個(gè)模塊的大展弦比平直機(jī)翼上方安裝有倒V型機(jī)翼，倒V型機(jī)翼后緣為可動(dòng)操縱面，每個(gè)模塊均具有電機(jī)、起落架、螺旋槳。

其中，所述每個(gè)模塊可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立起飛和降落。

其中，所述每個(gè)模塊在起飛與降落過程中的俯仰與偏航運(yùn)動(dòng)由倒V型機(jī)翼后緣可動(dòng)操縱面操縱。

其中，每個(gè)模塊起飛后，升空至低風(fēng)速空域，利用GPS或北斗導(dǎo)航與定位系統(tǒng)，確定各個(gè)模塊的位置，然后在空中進(jìn)行有序組合，形成模塊化組合式太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)。

其中，所述模塊化組合式太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)的俯仰與偏航運(yùn)動(dòng)由各個(gè)模塊倒V型機(jī)翼后緣可動(dòng)操縱面進(jìn)行組合控制。

本發(fā)明一種模塊化組合式太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)方案，其基本的設(shè)計(jì)方案如下：

1)結(jié)合預(yù)設(shè)的技術(shù)參數(shù)和任務(wù)參數(shù)(包括任務(wù)載荷、留空時(shí)間、最大飛行速度以及最大飛行高度等)以及升重平衡、推阻平衡、能量平衡原則，對(duì)模塊化組合式太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)進(jìn)行概念設(shè)計(jì)，確定各個(gè)模塊的初始尺寸，制定設(shè)計(jì)方案，并對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行論證以及仿真驗(yàn)證和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；

2)根據(jù)設(shè)計(jì)方案制作各個(gè)模塊，包括機(jī)翼、倒V型機(jī)翼、模塊間的聯(lián)結(jié)機(jī)械裝置和其它部件；

3)在機(jī)翼上側(cè)、倒V型機(jī)翼外側(cè)鋪設(shè)太陽(yáng)能電池片，并分析其氣動(dòng)特性是否滿足要求；

4)安裝儲(chǔ)能電池，選擇高能量密度的電池，根據(jù)能量平衡的計(jì)算過程，合理選擇儲(chǔ)能電池的重量；

5)與步驟(4)同時(shí)，合理布置鋰電池的位置，保證機(jī)身的平衡；

6)進(jìn)行太陽(yáng)能飛行器單個(gè)模塊的總裝工作，包括機(jī)翼、倒V型機(jī)翼、起落架、螺旋槳、儲(chǔ)能電池等；

7)與步驟(6)同時(shí)，對(duì)每個(gè)模塊內(nèi)部的電路進(jìn)行連接以及進(jìn)行軟硬件的兼容調(diào)試，包括副翼偏轉(zhuǎn)調(diào)試、倒V型機(jī)翼操縱面偏轉(zhuǎn)調(diào)試、電機(jī)與螺旋槳聯(lián)調(diào)、用于模塊間聯(lián)結(jié)的機(jī)械裝置調(diào)試；

8)最后，對(duì)模塊化組合式太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)進(jìn)行飛行試驗(yàn)驗(yàn)證。

(3)優(yōu)點(diǎn)及功效：本發(fā)明一種模塊化組合式太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)方案，具有以下優(yōu)點(diǎn)。對(duì)流層環(huán)境復(fù)雜多變，在此環(huán)境中的大展弦比太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)或超大型太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)由于整體剛度較低，結(jié)構(gòu)易受到損壞，采取模塊化設(shè)計(jì)，讓太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)每個(gè)模塊在對(duì)流層升空，平流層組合，由于每個(gè)模塊尺寸較小，剛度足夠，這對(duì)解決大展弦比太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)或超大型太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)對(duì)流層升空困難問題是一個(gè)非?？煽康姆桨?；由于太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)的能量來(lái)源于太陽(yáng)能電池片獲取的太陽(yáng)能，為獲取更多的太陽(yáng)能，一個(gè)有效的方法是增加太陽(yáng)能電池片的鋪設(shè)面積，但此種方法顯然會(huì)增加太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)的整體尺寸，對(duì)于超大型太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)，已無(wú)法在現(xiàn)有的機(jī)場(chǎng)條件下進(jìn)行起降，而模塊化組合式太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)方案有效解決這一問題，由于組成太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)的每個(gè)模塊尺寸較小，完全可以在現(xiàn)有的機(jī)場(chǎng)條件下起降，然后升空至低風(fēng)速空域再組合成超大型太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)，解決超大型太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)在現(xiàn)有機(jī)場(chǎng)無(wú)法起降的問題；模塊化的設(shè)計(jì)可以更好的做到系統(tǒng)冗余，在惡劣的對(duì)流層環(huán)境下起飛過程中，如果某個(gè)模塊起飛升空出現(xiàn)故障，可以起飛備用模塊，或太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)在空中飛行過程中某個(gè)模塊出現(xiàn)故障，可以及時(shí)進(jìn)行模塊分解，避免因部分模塊的故障而導(dǎo)致整個(gè)超大型太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)墜毀。

四、附圖說明：

圖1為本發(fā)明一種模塊化組合式太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)方案的單個(gè)模塊外形圖；

圖2為本發(fā)明一種模塊化組合式太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)方案的三模塊組合模式外形圖；

圖3為本發(fā)明一種模塊化組合式太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)方案的三模塊組合主視圖；

圖4為本發(fā)明一種模塊化組合式太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)方案的三模塊組合俯視圖。

圖中標(biāo)號(hào)說明如下：

1.大展弦比平直機(jī)翼 2.襟副翼 3.倒V機(jī)翼

4.可動(dòng)操縱面 5.一號(hào)模塊 6.二號(hào)模塊

7.三號(hào)模塊 8.起落架 9.螺旋槳

五、具體實(shí)施方案：

下面結(jié)合圖1、2、3、4對(duì)本發(fā)明一種模塊化組合式太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)方案做進(jìn)一步說明。

本發(fā)明提供了一種基于空中模塊對(duì)接技術(shù)的模塊化組合式太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)方案，該方案可充分增加太陽(yáng)光的輻照面積，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)長(zhǎng)時(shí)間留空飛行。圖1所示為該太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)單個(gè)模塊外形，該太陽(yáng)能飛行器單個(gè)模塊主要部件是大展弦比平直機(jī)翼1、倒V型機(jī)翼3，其中，大展弦比平直機(jī)翼1后緣為襟副翼2，倒V型機(jī)翼3后緣為負(fù)責(zé)俯仰運(yùn)動(dòng)和偏航運(yùn)動(dòng)的操縱面4；圖2所示為三個(gè)模塊組合后形成的太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)外形圖，圖2中一號(hào)模塊5、二號(hào)模塊6和三號(hào)模塊7在空中對(duì)接機(jī)構(gòu)的作用下組合成一個(gè)太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)；圖3中各個(gè)模塊的起落架8有一個(gè)離地間隙，防止圖4中螺旋槳9在單個(gè)模塊起飛和著陸過程中觸地。

三個(gè)獨(dú)立的模塊，一號(hào)模塊5、二號(hào)模塊6和三號(hào)模塊7在地面獨(dú)立起飛，升空至低風(fēng)速空域之后，利用GPS或北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)，確定每一個(gè)模塊的位置；通過路徑規(guī)劃實(shí)現(xiàn)一號(hào)模塊5、二號(hào)模塊6和三號(hào)模塊7在空中對(duì)接機(jī)構(gòu)的作用下進(jìn)行有序?qū)雍喜?，形成三模塊組合式太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)，然后此三模塊組合式太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)可再實(shí)現(xiàn)更高高度的爬升和巡航飛行；當(dāng)完成預(yù)定任務(wù)或到達(dá)預(yù)定地點(diǎn)后，此超大型太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)可降落至低風(fēng)速空域，在空中對(duì)接機(jī)構(gòu)的作用下進(jìn)行有序分解，形成一號(hào)模塊5、二號(hào)模塊6和三號(hào)模塊7，然后一號(hào)模塊5、二號(hào)模塊6和三號(hào)模塊7可順序降落在預(yù)定機(jī)場(chǎng)。

本發(fā)明一種模塊化組合式太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)方案，其基本的設(shè)計(jì)方案如下：

1)結(jié)合預(yù)設(shè)的技術(shù)參數(shù)和任務(wù)參數(shù)(包括任務(wù)載荷、留空時(shí)間、最大飛行速度以及最大飛行高度等)以及升重平衡、推阻平衡、能量平衡原則，對(duì)模塊化組合式太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)進(jìn)行概念設(shè)計(jì)，確定各個(gè)模塊的初始尺寸，制定設(shè)計(jì)方案，并對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行論證以及仿真驗(yàn)證和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；

2)根據(jù)設(shè)計(jì)方案制作各個(gè)模塊，包括機(jī)翼、倒V型機(jī)翼、模塊間的聯(lián)結(jié)機(jī)械裝置和其它部件；

3)在機(jī)翼上側(cè)、倒V型機(jī)翼外側(cè)鋪設(shè)太陽(yáng)能電池片，并分析其氣動(dòng)特性是否滿足要求；

4)安裝儲(chǔ)能電池，選擇高能量密度的電池，根據(jù)能量平衡的計(jì)算過程，合理選擇儲(chǔ)能電池的重量；

5)與步驟(4)同時(shí)，合理布置鋰電池的位置，保證機(jī)身的平衡；

6)進(jìn)行太陽(yáng)能飛行器單個(gè)模塊的總裝工作，包括機(jī)翼、倒V型機(jī)翼、起落架、螺旋槳、儲(chǔ)能電池等；

7)與步驟(6)同時(shí)，對(duì)每個(gè)模塊內(nèi)部的電路進(jìn)行連接以及進(jìn)行軟硬件的兼容調(diào)試，包括副翼偏轉(zhuǎn)調(diào)試、倒V型機(jī)翼操縱面偏轉(zhuǎn)調(diào)試、電機(jī)與螺旋槳聯(lián)調(diào)、用于模塊間聯(lián)結(jié)的機(jī)械裝置調(diào)試；

8)最后，對(duì)模塊化組合式太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)進(jìn)行飛行試驗(yàn)驗(yàn)證。

應(yīng)當(dāng)指出，本實(shí)例僅列示性說明本發(fā)明的應(yīng)用方法，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此種使用技術(shù)的人員，均可在不違背本發(fā)明的精神及范圍下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修改。因此，本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍，應(yīng)如權(quán)利要求書所列。