太阳能无人机

摘要： 本文研究的无人机是一种大型柔性机翼的太阳能飞机,展弦比大,飞行速度低,通过吸收太阳光能量提供动力,为了保证较长的续航时间,需要对整个飞行航线进行规划,针对每个飞行阶段采用不同的控制策略,使每个飞行阶段中飞机的能量最大化,达到最长的续航时间。

摘要： 机载卫星通信天线是无人机测控链路的重要组成部分,需要满足重量轻、功耗低的要求,而太阳能无人机则对重量和功耗有着更为苛刻的要求。本文提出的系统方案,将机载天线的组成按舱内设备和舱外设备进行划分,并进行合理的分离与集成。方案采用全复合材料结构、结构对称设计和优化驱动链设计等方法,实现了机载天线重量和功耗进一步降低。仿真和试验表明,该机载天线能够满足太阳能无人机平台轻量化和低功耗的要求。

摘要： 目前对于常规螺旋桨和高空螺旋桨的设计较多,而对中低空太阳能无人机螺旋桨的研究很少,因此提出一种针对中低空太阳能无人机的高效率螺旋桨设计方法。根据太阳能无人机的飞行跨度曲线,选取爬升和主要巡航高度为设计点,首先基于Betz最小能量损失的设计准则和片条理论及其逆向推导,计算各设计点下的弦长与桨距角分布;然后根据飞行跨度曲线对各设计点的计算结果进行权值分配,得到最终的设计弦长与桨距角分布;最后基于CFD数值模拟方法,对设计的螺旋桨性能进行仿真计算。结果表明:与常规螺旋桨效率相比较,在允许功率范围下,本文设计的螺旋桨效率在整个任务周期的飞行包线内均有明显提升,满足设计要求;本文提出的高效螺旋桨设计方法具有较高的应用价值。

摘要： 太阳能无人机的核心技术是能源系统,首先介绍了太阳能无人机能源系统的国内外研究现状,重点介绍了能源系统的太阳能电池、储能电池的种类和作用,然后对能源的获取方式、能源载荷的实现、能源系统的管理进行了阐述,最后对太阳能无人机能源系统的未来发展趋势进行了展望。

摘要： 针对太阳能无人机多条可变直流母线的新型能源分布式管理系统与电机的匹配问题,采用了以每套绕组作为独立的电机模块的新型多绕组永磁同步电机,通过对其中一个电机模块进行矢量控制得到一组参考电流相位,并采用PR控制策略对参考电流相位进行跟踪.仿真试验结果表明,新型多绕组永磁同步电机与该策略相结合可使各套绕组电流相位保持同步,验证了其在新型能源分布式管理系统中的有效性与可行性.

摘要： 为解决传统电动无人机在覆盖作业时存在的续航时间短的问题,提出应用多架太阳能无人机进行覆盖作业.首先,在建立了应用于覆盖作业的太阳能无人机的能量模型的基础上,提出了能量流动效率这一指标来评价太阳能无人机在作业过程中对能量的利用率.其次,针对边界存在障碍物的凹多边形区域和内部含障碍物的多边形区域,以总作业完成时间最短为优化目标,提出基于无向图搜索方法的覆盖路径优化模型,定义约束方程限制无人机按照一定规则访问无向图中的节点,通过混合整数线性规划的方法求解每架无人机的最优飞行路径.再次,考虑无人机转弯时的姿态变化对能量流动效率的影响,将总作业完成时间最短和总能量流动效率最高同时作为优化目标,建立双目标优化方程,在首先以作业时间最短为优化目标进行求解的基础上,通过有限遍历的方式选择使能流效率和作业时间相对最优的覆盖飞行方向及飞行路径.大量仿真实验表明,所提的优化模型选取不同的优化目标,应用于不同形状的待覆盖区域,适用性广,在工程上应用范围广、可行性强.

摘要： 针对正常式布局太阳能无人机的横航向控制问题,提出了以蓄电池作质量滑块,滑轨沿展向布置的太阳能无人机变质心控制方案.首先,建立了变质心太阳能无人机的运动模型;之后,基于经典PID控制理论,以滑块偏移为控制量分别设计了滚转角控制器和偏航角控制器.仿真结果表明:当滑块质量比一定时,滑块移动速度和最大行程是影响变质心控制效果的主要因素.滑块行程主要影响系统操纵能力和超调量,而滑块速度过低时会导致控制系统时滞现象明显,甚至会造成系统发散.

摘要： 针对太阳能无人机光伏发电子系统发电能力低、输出特性失配等问题,研究并提出了一种发电子系统控制方案.特别提出了一种基于四管buck-boost(FSBB)的最大功率点跟踪(MPPT)控制策略.FSBB主要工作在buck模式和boost模式,针对不同工作模式下的FSBB进行小信号建模,基于该模型设计了分段补偿器,提高了系统稳定性和动态性能.最后通过硬件电路验证了控制策略的可行性以及小信号模型和补偿器的动态性能.

摘要： 太阳能无人机利用平铺于机翼上的面板将太阳能转换为电能,作为动力系统的输入驱动飞机飞行.为了追求高空长航时的巡航性能,太阳能无人机具有展弦比大、重量轻的特点,从而对机载设备的重量提出了严苛的要求.大气数据系统为飞机各系统提供高度、速度、迎角和侧滑角等信息,是非常重要的数据来源.常规的大气数据系统由于重量、体积、成本等原因,不完全适用于太阳能无人机.本文探索了嵌入式大气数据系统在太阳能无人机上的应用,利用计算流体力学技术及神经网络算法构建与之相适应的大气数据系统.地面试验表明,系统设计原理可行,数据精度基本符合要求.

摘要： 通过分析当前国内外几种典型太阳能无人机的发展现状,得出目前太阳能无人机在设计、制造过程中所涉及到的关键技术以及需要解决的技术难点.认为随着能源系统效率提高、先进气动布局设计、高适用性飞行稳定及控制系统实现以及高效推进系统等技术的突破,太阳能无人机的应用前景会更加广阔.

摘要： 本文简要介绍了太阳能无人机的特点、发展现状和运用前景,总结出四种不同布局和设计出一种可以提高飞行稳定性和提高不同时段吸收太阳能的效率的变体太阳能无人机,并对五种布局进行了气动分析和能量转换比较分析,通过性能分析,研究了变体太阳能无人机相对于其他布局无人机的优缺点.

摘要： 总结和发展了临近空间长航时太阳能无人机总体设计中的重量不变原则和能量平衡原则,同时从太阳能无人机平飞功率需求、飞机气动布局形式的选择、展弦比的确定依据、动力装置的布局特点和飞行剖面优化等角度论述了太阳能无人机总体设计方法,主要结论可供同类飞机设计参考.

摘要： 太阳能无人机的横侧向飞行控制是控制中的一个难点,本文针对某型太阳能无人机的飞行要求,描述其横侧向转弯时的特殊现象,分析动导数对横侧向飞行的影响,并在考虑动导数的基础上,分别设计横侧向的协调转弯和水平转弯两种控制方案,最后通过Matlab仿真对比验证,说明平转弯控制方案能较好的应对动导数的不确定性,更适于太阳能无人机的横侧向控制.

摘要： 未来战争将呈现全空域立体化发展趋势,临近空间特有的战略价值日益凸显,各国已提出多种临近空间飞行器发展方案,其中太阳能无人机以其具有的不间断飞行能力及低成本等诸多优势成为临近空间飞行器中的佼佼者.在收集、整理、分析国内外临近空间太阳能无人机研究资料的基础上,从技术难点出发,分析了连翼布局方式的应用前景,为我国临近空间太阳能无人机发展提供了思路.

摘要： 应用非线性有限元技术研究了某型太阳能无人机复合材料锥管梁在最严苛气动载荷下的非线性变形及稳定性特性,得到了该结构的屈曲形态以及屈曲临界点,给出了根据结构的加载响应曲线判断结构的屈曲类型、结构的屈曲临界点以及分析结构后屈曲承载能力的方法.

摘要： 高空长航时太阳能无人机具有展弦比大、质量轻、结构弱等特点,飞行过程中静变形大,结构频率低,结构非线性特性明显;气动雷诺数低、且由于结构变形大,气动三维特性明显;飞行过程中结构静、动态变形大,质心位置不固定,而且结构与飞行力学特性及其相互之间耦合特性与传统飞机不同,所以适用于传统刚性飞机或基于弹性小变形修正的飞行动力学分析方法也不适用于这种飞机.本文耦合非线性几何本征梁模型、动失速气动力模型建立可以反映机身大变形的飞行动力学时域分析方法.由于大展弦比飞翼飞机对阵风扰动非常敏感,而且理论分析方法不能准确预测出这种问题,本文针对大柔性飞翼模型进行时域阵风动态响应分析,研究阵风对飞行特性的影响.

摘要： 太阳能无人机能源系统优化是太阳能无人机研究的关键问题,太阳能电池阵列布局影响能源系统的功率输出.本文采用遗传算法进行太阳能电池阵列布局优化.首先,对太阳能电池输出功率进行建模;然后,给出一种基于遗传算法的太阳能电池阵列布局优化方法;最后,对本文提出的优化方法进行了仿真验证并对仿真结果进行了分析.仿真结果表明该优化方法能有效地提高光伏阵列的输出功率.

摘要： 本实用新型公开一种具有太阳能供电系统的无人机空间站及巡线无人机系统，包括无人机空间站舱体，所述无人机空间站舱体包括用于限定无人机舱体空间的舱板以及于内部支撑所述舱板的舱体框架，所述舱板远离所述舱体框架的一侧设置有太阳能装置，所述太阳能装置通过伸缩装置驱动可相对于所述舱板翻转设置。通过太阳能供电装置为无人机空间站供电，能够减少市政电力消耗，节省能源，同时可以避免市政电力不足时使得无人机无法得到能源补充，有效利用太阳能，节能环保。

摘要： 本发明提供一种基于太阳能无人机的平台载荷电磁兼容的方法、太阳能无人机，其中所述方法包括电磁噪声辐射兼容设计、电磁噪声传导兼容设计；所述的电磁噪声辐射兼容设计：将30‑512MHz频段的无线通信天线设置在太阳能无人机的尾梁，同时，30‑512MHz频段的无线通信天线与舵机也设有一段安全距离；此将大于600MHz的无线通信天线设置在太阳能无人机的机壳上；所述的电磁噪声传导兼容设计包括如下：对于无人机中的各个单元设备采用就近方式取电，同时通过电源地、保护地、数字信号地、模拟信号地多种地的分割处理。本发明解决太阳能无人机的多种单元设备之间的电磁兼容问题，从而有效搭载无线单元设备，保障了各项业务的开通与正常运行。

摘要： 本发明提供了一种太阳能无人机能源管理系统及具有其的太阳能无人机，能源管理系统包括：分线盒、储能电池、多个太阳能电池子阵、多个MPPT控制器、DC‑DC变换器和能源管理单元EMU，储能电池与分线盒连接，各个太阳能电池子阵均由多个太阳能电池片组成，多个太阳能电池子阵与储能电池并联连接在分线盒上，太阳能电池子阵用于为储能电池和用电设备供电，各个太阳能电池子阵之间的功率差值范围为0W至10W，多个MPPT控制器与多个太阳能电池子阵一一对应连接，DC‑DC变换器与分线盒连接，能源管理单元EMU分别与储能电池、多个MPPT控制器以及DC‑DC变换器连接。应用本发明的技术方案，以解决现有技术中太阳能电池阵的整体发电效率低以及能源系统可靠性差的技术问题。

摘要： 本发明公开了一种太阳能无人机及太阳能无人机操作方法。所述太阳能无人机包括第一无人机主体以及第二无人机主体以及带状载体，其一端用于与第一无人机主体固定连接，另一端用于与第二无人机主体固定连接，带状载体上设置有太阳能电池组；带状载体具有收起状态以及展开状态，在展开状态，太阳能电池组用于将光能转换成为所述太阳能无人机提供的电能；在收起状态，带状载体上的太阳能电池组停止工作。采用这种结构，相对于现有技术，本发明的太阳能无人机的太阳能电池组能够根据带状载体的尺寸而相应进行调整，且不占用太阳能无人机的机体上的位置，不会给太阳能无人机的机体带来不便。并且在不需要使用太阳能电池组时，能够将太阳能电池组收起。

摘要： 本发明提供了一种太阳能无人机的光伏电池铺设方法及太阳能无人机，该方法包括：对铺设区域进行平面化处理，得到平面区域；在平面区域内铺设光伏电池组件，并获取平面区域内每个光伏电池组件的预估起始位置和每个光伏电池组件中的每个电池单体的预估中心位置与预估四个角点位置；获取铺设区域内每个光伏电池组件的实际起始位置和每个光伏电池组件中的每个电池单体的四个角点实际位置；获取每个翼型曲线在铺设区域内的圆弧；获取每段圆弧对应的曲率圆心位置；获取每个光伏电池组件中的每个电池单体的实际中心位置，以完成太阳能无人机上所有光伏电池组件中的所有电池单体的铺设。本发明能够解决现有光伏电池铺设方法对太阳光能的吸收率较低的问题。

摘要： 本发明提供一种基于太阳能无人机的平台载荷电磁兼容的方法、太阳能无人机，其中所述方法包括电磁噪声辐射兼容设计、电磁噪声传导兼容设计；所述的电磁噪声辐射兼容设计：将30‑512MHz频段的无线通信天线设置在太阳能无人机的尾梁，同时，30‑512MHz频段的无线通信天线与舵机也设有一段安全距离；此将大于600MHz的无线通信天线设置在太阳能无人机的机壳上；所述的电磁噪声传导兼容设计包括如下：对于无人机中的各个单元设备采用就近方式取电，同时通过电源地、保护地、数字信号地、模拟信号地多种地的分割处理。本发明解决太阳能无人机的多种单元设备之间的电磁兼容问题，从而有效搭载无线单元设备，保障了各项业务的开通与正常运行。

摘要： 本发明涉及太阳能无人机技术领域，公开了一种太阳能无人机光伏组件及太阳能无人机。其中，该光伏组件包括：前膜、顶层粘接胶膜、电池片阵列、底层粘接胶膜、底膜、电极引出端、旁路二极管和导线，所述前膜、所述顶层粘接胶膜、所述电池片阵列、所述底层粘接胶膜和所述底膜依次粘结，所述电池片阵列包括多个具有圆角的晶硅电池片，所述旁路二极管设置在所述晶硅电池片之间的圆角空白处，所述旁路二极管的正负极通过所述导线与组件的正负极输出端连接，所述电极引出端将组件的正负极输出端引出至组件边缘的圆角空白处。由此，可以在解决“热斑”效应的同时，提高光伏组件中电池片的布片率，进而提高电池片在无人机上的布片率。

摘要： 本发明提供了一种太阳能无人机能源管理系统及具有其的太阳能无人机，能源管理系统包括：分线盒、储能电池、多个太阳能电池子阵、多个MPPT控制器、DC‑DC变换器和能源管理单元EMU，储能电池与分线盒连接，各个太阳能电池子阵均由多个太阳能电池片组成，多个太阳能电池子阵与储能电池并联连接在分线盒上，太阳能电池子阵用于为储能电池和用电设备供电，各个太阳能电池子阵之间的功率差值范围为0W至10W，多个MPPT控制器与多个太阳能电池子阵一一对应连接，DC‑DC变换器与分线盒连接，能源管理单元EMU分别与储能电池、多个MPPT控制器以及DC‑DC变换器连接。应用本发明的技术方案，以解决现有技术中太阳能电池阵的整体发电效率低以及能源系统可靠性差的技术问题。

摘要： 本发明公开了一种太阳能无人机及太阳能无人机操作方法。所述太阳能无人机包括第一无人机主体以及第二无人机主体以及带状载体，其一端用于与第一无人机主体固定连接，另一端用于与第二无人机主体固定连接，带状载体上设置有太阳能电池组；带状载体具有收起状态以及展开状态，在展开状态，太阳能电池组用于将光能转换成为所述太阳能无人机提供的电能；在收起状态，带状载体上的太阳能电池组停止工作。采用这种结构，相对于现有技术，本发明的太阳能无人机的太阳能电池组能够根据带状载体的尺寸而相应进行调整，且不占用太阳能无人机的机体上的位置，不会给太阳能无人机的机体带来不便。并且在不需要使用太阳能电池组时，能够将太阳能电池组收起。

摘要： 本实用新型提供一种太阳能无人机光纤通讯系统及无人机，该太阳能无人机光纤通讯系统包括：机载设备、飞行控制与管理计算机、航空电子系统以及信号传输系统；机载设备用于采集当前机体飞行状态数据，并执行相应的动作；飞行控制与管理计算机用于分析飞行状态数据，并生成相应的控制指令；航空电子系统用于上传飞行状态数据至飞行控制与管理计算机，并下载控制指令至机载设备；信号传输系统用于在机载设备、飞行控制与管理计算机和航空电子系统间通过光信号传递数据。本实用新型提供的太阳能无人机光纤通讯系统采用光纤通讯能够大幅降低飞行控制与管理计算机重量，同时提高通信速率及质量。