太陽能飛機(jī)翼型及太陽能飛機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及翼型設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種太陽能飛機(jī)翼型及太陽能飛機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002] 太陽能飛機(jī)由于具有不需消耗燃油且飛行高度較高的特點(diǎn)，因此一直是對(duì)地觀測(cè) 及通訊中繼業(yè)務(wù)的良好平臺(tái)，目前各國都投入了大量的人力及資金對(duì)其開展研究。其中，太 陽能飛機(jī)的翼型是關(guān)系到太陽能飛機(jī)安全及其氣動(dòng)性能的重要部件，如何設(shè)計(jì)出具備高升 力、低雷諾數(shù)的太陽能飛行翼型氣動(dòng)外形一直是該領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題。
[0003] 太陽能飛機(jī)的翼型設(shè)計(jì)通常需要滿足在不同升力系數(shù)、不同雷諾數(shù)條件下盡量提 高巡航點(diǎn)氣動(dòng)效率，同時(shí)還要滿足翼型的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，W及太陽能電池的安裝要求，然而現(xiàn)有 技術(shù)的太陽能飛機(jī)的翼型，其在高空且空氣稀薄的環(huán)境下的飛行能力并不理想，升力不夠 易失速，很難在高空維持升力穩(wěn)定飛行，且為了保證翼型的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，太陽能電池的安裝空 間不是很大，續(xù)航能力難W保證。運(yùn)些問題都亟需設(shè)計(jì)一種翼型，使其即能夠滿足高空環(huán)境 下低速平穩(wěn)飛行的要求，又能夠保證在高升力系數(shù)、低雷諾數(shù)條件下的高氣動(dòng)效率及長時(shí) 間巡航能力。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 本實(shí)用新型提供一種太陽能飛機(jī)翼型及太陽能飛機(jī)，該飛機(jī)翼型適合高升力系 數(shù)、低雷諾數(shù)太陽能飛機(jī)使用，在高空低速環(huán)境下飛行的氣動(dòng)效率高，且電池安裝空間大， 保證更長的續(xù)航時(shí)間。
[0005] 本實(shí)用新型提供一種太陽能飛機(jī)翼型，包括：
[0006] 機(jī)翼上翼面、機(jī)翼下翼面、太陽能電池容置腔；
[0007] 所述機(jī)翼上翼面與所述機(jī)翼下翼面圍成飛機(jī)翼型；所述機(jī)翼上翼面與所述機(jī)翼 下翼面間的最大相對(duì)厚度為13% ;所述最大相對(duì)厚度處于歸一化機(jī)翼弦長的0. 324位置 處；所述飛機(jī)翼型的最大相對(duì)彎度為5. 32% ;所述最大相對(duì)彎度處于歸一化機(jī)翼弦長的 0. 5位置處；所述機(jī)翼上翼面與機(jī)翼下翼面圍成的機(jī)翼頭部半徑為1. 1%，所述太陽能電池 容置腔位于所述機(jī)翼上翼面與機(jī)翼下翼面圍成的機(jī)翼的內(nèi)部。
[0008] 所述太陽能電池容置腔位于距離翼型前緣20%~60%弦長范圍內(nèi)的機(jī)翼內(nèi)部空 間。
[0009] 所述太陽能電池容置腔內(nèi)設(shè)置有太陽能電池。
[0010] 本實(shí)用新型還提供一種太陽能飛機(jī)，包括飛機(jī)機(jī)身，還包括：在所述飛機(jī)機(jī)身兩側(cè) 分別安裝有上述任一的太陽能飛機(jī)翼型。
[0011] 本實(shí)用新型的太陽能飛機(jī)翼型及太陽能飛機(jī)，通過包括機(jī)翼上翼面、機(jī)翼下翼面、 太陽能電池容置腔；且將機(jī)翼上翼面與機(jī)翼下翼面間的最大相對(duì)厚度設(shè)置為13% ;最大相 對(duì)厚度處于歸一化機(jī)翼弦長的0. 324位置處；飛機(jī)翼型的最大相對(duì)彎度設(shè)置為5. 32% ;最 大相對(duì)彎度處于歸一化機(jī)翼弦長的0. 5位置處；機(jī)翼上翼面與機(jī)翼下翼面圍成的機(jī)翼頭部 半徑設(shè)置為1.1%，并且將太陽能電池容置腔位于該機(jī)翼上翼面與機(jī)翼下翼面圍成的機(jī)翼 的內(nèi)部。從而使該太陽能飛機(jī)翼型適合高升力系數(shù)、低雷諾數(shù)太陽能飛機(jī)使用，且在高空低 速環(huán)境下飛行的氣動(dòng)效率高，續(xù)航時(shí)間長。
【附圖說明】
[0012] 圖1為本實(shí)用新型提供的太陽能飛機(jī)翼型20%~60%弦長范圍內(nèi)安裝電池示意 圖；
[0013] 圖2為翼型的典型外形圖；
[0014] 圖3為本實(shí)用新型提供的太陽能飛機(jī)翼型在升力系數(shù)（Cl= 1)時(shí)的壓力分布圖；
[0015] 圖4為本實(shí)用新型提供的太陽能飛機(jī)翼型與Boeingie翼型在升力系數(shù)（Cl= 1) 時(shí)下翼面摩擦系數(shù)分布圖；
[0016] 圖5a~圖5c為本實(shí)用新型提供的太陽能飛機(jī)翼型的S視圖； 陽017] 圖6為本實(shí)用新型提供的太陽能飛機(jī)翼型與Boeingie翼型的外形對(duì)比圖；
[0018] 圖7為本實(shí)用新型提供的太陽能飛機(jī)翼型與Boeingie翼型的升力隨迎角變化曲 線對(duì)比圖；
[0019] 圖8為本實(shí)用新型提供的太陽能飛機(jī)翼型與Boeingie翼型的升阻比隨升力變化 曲線對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 圖1為本實(shí)用新型提供的太陽能飛機(jī)翼型20%~60%弦長范圍內(nèi)安裝電池示意 圖，如圖1所示，本實(shí)用新型提供一種太陽能飛機(jī)翼型，該太陽能飛機(jī)翼型包括：機(jī)翼上翼 面1、機(jī)翼下翼面2、太陽能電池容置腔3 ;該機(jī)翼上翼面1與機(jī)翼下翼面2圍成飛機(jī)翼型； 機(jī)翼上翼面1與機(jī)翼下翼面2間的最大相對(duì)厚度為13% ;最大相對(duì)厚度處于歸一化機(jī)翼弦 長的0. 324位置處；飛機(jī)翼型的最大相對(duì)彎度為5. 32% ;最大相對(duì)彎度處于歸一化機(jī)翼弦 長的0. 5位置處；機(jī)翼上翼面1與機(jī)翼下翼面2圍成的機(jī)翼頭部半徑為1. 1%，太陽能電池 容置腔3位于機(jī)翼上翼面1與機(jī)翼下翼面2圍成的機(jī)翼的內(nèi)部。
[0021] 本實(shí)施例的機(jī)翼翼型的獲得是通過太陽能飛機(jī)翼型設(shè)計(jì)方法得到的，具體為：
[0022] 該太陽能飛機(jī)翼型設(shè)計(jì)方法包括：
[0023] 步驟一、獲取機(jī)翼參考模型的第一翼型參數(shù)。
[0024] 具體的，第一翼型參數(shù)包括：第一翼型最大相對(duì)厚度、第一翼型最大相對(duì)厚度的相 對(duì)位置、第一翼型最大相對(duì)彎度；第一翼型最大相對(duì)彎度的相對(duì)位置、第一翼型頭部半徑。 機(jī)翼參考模型可W采用現(xiàn)有技術(shù)中的各個(gè)太陽能飛機(jī)翼型模型，例如：Boeingl6翼型。參 考翼型的選擇，可由技術(shù)人員根據(jù)設(shè)計(jì)需求進(jìn)行確定，本申請(qǐng)對(duì)此不作限定。其中，在空氣 動(dòng)力學(xué)中，翼型指剖面形狀不變的無限翼展機(jī)翼，翼型的典型外形如圖2所示，它前端圓 滑，后端成尖角形；后尖點(diǎn)稱為后緣B;翼型上距后緣B最遠(yuǎn)的點(diǎn)稱為前緣A;連接前后緣的 直線稱為翼弦，其長度稱為弦長L1。在翼型內(nèi)部作一系列與上下翼面相切的內(nèi)切圓，諸圓 屯、的連線稱為翼型的中弧線L2,其中最大內(nèi)切圓的直徑稱為翼型的最大厚度，中弧線L2和 翼弦之間的最大距離稱為最大彎度。分別計(jì)算翼型最大厚度、最大彎度與翼弦弦長Ll的比 值，得到最大相對(duì)厚度、最大相對(duì)彎度；前緣的曲率半徑稱為前緣半徑或頭部半徑，上述數(shù) 值通常用百分?jǐn)?shù)表示，例如：Boeingl6的最大相對(duì)厚度為13.I%、最大相對(duì)彎度為5. 35%、 頭部半徑為1. 258%。最大相對(duì)厚度的相對(duì)位置、最大相對(duì)彎度的相對(duì)位置，是最大厚度位 置、最大彎度位置與弦長Ll的比值。例如：Boeingl6的最大相對(duì)厚度的相對(duì)位置為0. 32、 最大相對(duì)彎度的相對(duì)位置為0. 29。
[00巧]步驟二、根據(jù)設(shè)計(jì)需求參數(shù)確定翼型設(shè)計(jì)的約束條件。
[00%] 具體的，設(shè)計(jì)需求參數(shù)包括：飛行速度、升力系數(shù)、雷諾數(shù)；約束條件包括：最大相 對(duì)厚度闊值、距離翼型前緣20%~60%弦長范圍內(nèi)的翼型厚度闊值。設(shè)計(jì)需求參數(shù)的不 同，約束條件的設(shè)定不同會(huì)直接影響到翼型的氣動(dòng)性能，上述是本實(shí)用新型優(yōu)選的設(shè)計(jì)需 求參數(shù)和約束條件，還可W根據(jù)設(shè)計(jì)需求增加如翼型重量、翼型材料等約束條件。其中，最 大相對(duì)厚度闊值、距離翼型前緣20%~60%弦長范圍內(nèi)的翼型厚度闊值的設(shè)定還可W保 證翼型內(nèi)部空間的增加，便于安裝更大的電池，提升續(xù)航能力。
[0027] 步驟=、根據(jù)機(jī)翼參考模型的第一翼型參數(shù)W及翼型設(shè)計(jì)的約束條件，采用遺傳 算法和/或數(shù)值仿真，確定滿足設(shè)計(jì)需求參數(shù)且在約束條件的各個(gè)闊值范圍內(nèi)的第二翼型 參數(shù)，根據(jù)第二翼型參數(shù)確定太陽能飛