一种氢燃料驱动的固定翼飞机制造技术

本实用新型专利技术涉及一种氢燃料驱动的固定翼飞机，包括机身、设在机身左右两侧的左机翼与右机翼，设在机身尾部的螺旋桨，以及设在机身后端的水平尾翼，机身两端向后伸出左碳管和右碳管，水平尾翼与左碳管和右碳管连接，左碳管和右碳管作为水平尾翼的支撑结构，机身内部设有氢气储罐及氢燃料电池，氢气储罐向氢燃料电池供应氢气，氢燃料电池产生的电能驱动螺旋桨转动。与现有技术相比，本实用新型专利技术优化设计了固定翼飞机的结构，这些结构设置减轻了固定翼飞机的整体重量，提高了固定翼飞机的气动效率、抗风性、自稳定性、机动性、有效载荷，提高了飞机的空气动力性能。本实用新型专利技术利用氢气作为燃料，提高了能源的利用率，保证长航时飞行稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及飞机结构，尤其是涉及一种氢燃料驱动的固定翼飞机。
技术介绍
中国专利CN104369858A公布了一种固定翼无人飞机，属于无人驾驶机
，其采用高平尾翼使得飞机的深失速性能提高，水平尾翼有效的避开了机翼的扰流，从而保证了飞机的稳定性。机身采用大结构设计，从而使得机舱的各个部位结构相应的增大，使得飞机能承载更多的设备和仪器，相应的可以增加油料使得飞机的航时加大，保证了飞机作业时间的充足，前三点式起落架的设计使得飞机降落滑跑的时候更稳定。该专利主要对于飞机结构进行改进，提高飞行性能，但是如该专利公开的飞机结构一样，目前大多飞机均采用传统燃料提供动力。常规的飞机使用汽油或者柴油作为飞机的驱动能源，排放的尾气对空气造成了严重的污染。此外，传统的汽柴油发动机的能源转换效率约为30％，即传统的能源转换效率较低。燃料电池(FuelCell)，是一种发电装置，但不像一般非充电电池一样用完就丢弃，也不像充电电池一样，用完须继续充电，燃料电池正如其名，是继续添加燃料以维持其电力，所需的燃料是“氢”，其之所以被归类为新能源，原因就在此。燃料电池的运作原理也就是电池含有阴阳两个电极，分别充满电解液，而两个电极间则为具有渗透性的薄膜所构成。氢气由燃料电池的阳极进入，氧气(或空气)则由阴极进入燃料电池。经由催化剂的作用，使得阳极的氢原子分解成两个氢质子(proton)与两个电子(electron)，其中质子被氧‘吸引’到薄膜的另一边，电子则经由外电路形成电流后，到达阴极。在阴极催化剂之作用下，氢质子、氧及电子，发生反应形成水分子，因此水可说是燃料电池唯一的排放物。燃料电池所使用的“氢”燃料可以来自于任何的碳氢化合物，例如天然气、甲醇、乙醇(酒精)、水的电解、沼气…等等。由于燃料电池是经由利用氢及氧的化学反应，产生电流及水，不但完全无污染，也避免了传统电池充电耗时的问题，是目前最具发展前景的新能源方式之一。波音公司于2008年4月3日成功试飞氢燃料电池为动力源的一架小型飞机。波音公司称这在世界航空史上尚属首次，预示航空工业未来更加环保。但波音承认，这一技术不太可能为大型客机提供主要动力。小型飞机起飞及爬升过程使用传统电池与氢燃料电池提供的混合电力。爬升至海拔1000米巡航高度后，飞机切断传统电池电源，只靠氢燃料电池提供动力。飞机在1000米高空飞行了约20分钟，时速约100公里。这一技术对波音公司意义重大，也让航空工业的未来“充满绿色希望”。小型飞机由奥地利“钻石”(Diamond)双座螺旋桨动力滑翔机改装而成，飞机内安装了质子交换膜燃料电池和锂离子电池。小型飞机翼展16.3米，机身长6.5米，重约800公斤，可容纳两人。试飞过程中，机上只有飞行员一人。在机舱内，传统电池安放于唯一的乘客座位上，飞行员背后有一个类似潜水员使用的氧气罐。波音公司说，这架飞机连续飞行时间最长45分钟，“不会产生任何噪音”。氢燃料电池通过氢转化为水的过程产生电流，不产生温室气体。除热量外，水蒸气是氢燃料电池产生的唯一副产品。但是目前对于氢燃料电池的研发大多为混合动力，同时与传统电池电源进行动力供应。并且固定翼飞机上使用氢能源电池的研究较少，并且对于固定翼飞机结构改进较少。
技术实现思路
本技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构简单、重量较轻、能源转换效率高的氢燃料驱动的固定翼飞机。本技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种氢燃料驱动的固定翼飞机，包括机身、设在机身左右两侧的左机翼与右机翼，设在机身尾部的螺旋桨，以及设在机身后端的水平尾翼，所述的机身两端向后伸出左碳管和右碳管，所述的水平尾翼与左碳管和右碳管连接，左碳管和右碳管作为水平尾翼的支撑结构，所述的机身内部设有氢气储罐及氢燃料电池，所述的氢气储罐向氢燃料电池供应氢气，所述的氢燃料电池产生的电能驱动螺旋桨转动。所述的水平尾翼为半工字形结构，使其具有较高的机动性和操纵稳定性。所述的水平尾翼的尾端设有左垂尾与右垂尾。所述的左机翼的下侧设有左副翼与左襟翼，所述的左襟翼靠近机身设置，所述的右机翼的下侧设有右副翼与右襟翼，所述的右襟翼靠近机身设置。所述的机身下方还设有前起落架与后起落架。所述的左碳管和右碳管的位置距离螺旋桨的外沿留有间隙，使得螺旋桨旋转时不碰触左碳管或右碳管。所述的氢燃料电池在机身内倾斜设置。所述的氢气储罐采用抗压性氢气储罐，飞机的机舱设计是根据氢气储罐和氢燃料电池以及机载设备所优化设计的，使其在具有较高的启动效率的同时，满足所有设备的空间要求。氢燃料电池工作原理为，氢气由氢气储罐进入阳极，空气或氧气进入氢燃料电池内，氢气失去电子被氧化，电子由负极经过用电器流向正极。阴极得到电子在氧气的作用下与水发生还原反应，生成氢氧根离子，氢氧根离子与阳极生成的氢根离子生成水分子，完成氢气燃烧放电的过程，产生得电能一部分用于飞机上的机载设备，如GPS、航拍等设备，以及无刷电机控制器，另一部分用于无刷电机，同时无刷电机控制器用于控制无刷电机的动作，无刷电机驱动螺旋桨转动，产生推力，推动飞机的起飞。螺旋桨产生的推力满足飞行载体与飞机上载重的总重量要求。与现有技术相比，本技术具有以下优点及有益效果：1、本技术利用氢气作为燃料。因为氢气燃烧的排放物是水，对空气零污染，解决了飞机的飞行对大气的严重污染问题，而且燃料电池的能源转换效率比汽柴油发动机的能源转换效率高出很多(汽柴油发动机的能源转换效率约为30％，氢燃料电池的转换效率约为50％)，在很大程度上，提高了能源的利用率，同时由于氢能源利用率高，因此保证长航时飞行稳定性。2、本技术优化设计了固定翼飞机的结构，包括使用左碳管和右碳管作为水平尾翼的支撑结构，水平尾翼为半工字形结构，并在水平尾翼的尾端设有左垂尾与右垂尾，在机翼上设置副翼与襟翼等，这些结构设置减轻了固定翼飞机的整体重量，提高了固定翼飞机的气动效率、抗风性、自稳定性、机动性、有效载荷，上述结构设置还提高了飞机的空气动力性能。附图说明图1为本技术氢燃料驱动的固定翼飞机主视结构示意图；图2为本技术氢燃料驱动的固定翼飞机俯视结构示意图；图3为本技术氢燃料驱动的固定翼飞机侧视结构示意图；图4为氢燃料电池能源转换示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本技术进行详细说明。实施例一种氢燃料驱动的固定翼飞机，如图1、图2、图3所示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氢燃料驱动的固定翼飞机，包括机身(6)、设在机身(6)左右两侧的左机翼(3)与右机翼(9)，设在机身(6)尾部的螺旋桨(14)，以及设在机身(6)后端的水平尾翼(11)，其特征在于，所述的机身(6)两端向后伸出左碳管(12)和右碳管(10)，所述的水平尾翼(11)与左碳管(12)和右碳管(10)连接，所述的机身(6)内部设有氢气储罐(16)及氢燃料电池(17)，所述的氢气储罐(16)向氢燃料电池(17)供应氢气，所述的氢燃料电池(17)产生的电能驱动螺旋桨(14)转动。

【技术特征摘要】
1.一种氢燃料驱动的固定翼飞机，包括机身(6)、设在机身(6)左右两侧的
左机翼(3)与右机翼(9)，设在机身(6)尾部的螺旋桨(14)，以及设在机身(6)
后端的水平尾翼(11)，其特征在于，所述的机身(6)两端向后伸出左碳管(12)
和右碳管(10)，所述的水平尾翼(11)与左碳管(12)和右碳管(10)连接，所
述的机身(6)内部设有氢气储罐(16)及氢燃料电池(17)，所述的氢气储罐(16)
向氢燃料电池(17)供应氢气，所述的氢燃料电池(17)产生的电能驱动螺旋桨(14)
转动。
2.根据权利要求1所述的一种氢燃料驱动的固定翼飞机，其特征在于，所述
的水平尾翼(11)为半工字形结构。
3.根据权利要求1所述的一种氢燃料驱动的固定翼飞机，其特征在于，所述
的水平尾翼(11)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛一青，
申请(专利权)人：上海奥科赛飞机有限公司，
类型：新型
国别省市：上海;31