本实用新型专利技术提供了一种以太阳能电池板和锂电池组为动力源的小型太阳能无人机，包括：机身；机翼；单台电动机和螺旋桨；水平尾翼和垂直尾翼。机翼的左、右侧上反段和中部直段的上表面各布置有太阳能电池板组101、102、103，对太阳能电池板进行切割和多层封装，从而同翼型完美融合；为节约机内空间和合理配重，将锂电池组104布置于机翼直段的翼肋105中。各太阳能电池板组串联，并配有独立的最大功率点跟踪系统即MPPT太阳能控制器304，以调节太阳能电池板组输出电压，直接向电子调速器307及电动机308供电，保证了即便电池电量耗尽飞机依旧能通过太阳能电池阵提供的能量滑翔降落，提高了飞机能源管理的可靠性和安全性。
Small solar UAV powered by solar panels and lithium batteries
【技术实现步骤摘要】
以太阳能电池板和锂电池组为动力源的小型太阳能无人机
本技术涉及一种以太阳能电池板和锂电池组为动力源的低空小型太阳能无人机。
技术介绍
低空太阳能飞机的众多优势，例如：为偏远多山地区提供通讯平台；距离地面近拍摄图片分辨率高，可以侦查森林火灾，搜索营救等，具有广阔的应用。一般依靠自身携带的燃油为动力来源的小型低空无人机存在航程少、留空时间短以及留空高度受到很大限制的问题。此外，部分情况下需要小型无人机执行高空或远程任务，由于无人机自身起飞重量较小，无法搭载足够的燃料，将不能满足飞行任务的要求。以边境侦查为例，我国幅员辽阔，环境复杂，使用现役的侦察机就会受到航程、航时以及当地环境的影响，无法做到全天候24小时的不间断监测。若使用无人侦察机多架次起飞则会对地面维护人员造成极大的负担。军事方面：远程预警、地面侦察与监视作用距离及时间有限，并且生存能力较低，严重制约我军信息化建设的进程。民用方面：电视服务、大气环境监测与天气预报、灾害预报与应急处理作用手段及可覆盖区域有限。因此，本技术设计了一款小型低空太阳能无人机，实现短距离抛飞，降落时实现滑翔降落。
技术实现思路
对于例如上述边境侦查等应用，如果能将依靠太阳能为动力的无人机在边境起飞，飞至指定地点上空，配合自动驾驶仪系统，提供24小时的全程监视与侦察，就能提高效率并大大减轻地面人员的负担，太阳能无人机能够完成这种长时间留空的侦察任务。因此,本技术的目的，是提供一种小型低空太阳能无人机。根据本技术的一个方面，提供了一种无人机，其特征在于包括：机身，安装在机身前端的、带折叠式螺旋桨的电动机，机翼，其具有三段翼设计，分为中段机翼和两个外段机翼，所述中段机翼和两个外段机翼各包括翼肋，外段机翼的后缘设置有副翼，和机身相连的水平尾翼和垂直尾翼，锂电池组，布置于中段机翼的翼肋中，其中：在中段机翼和两个外段机翼的上表面分别布置有第二、第一和第三太阳能电池板组，所述第二、第一和第三太阳能电池板组中的太阳能电池板被进行了切割和多层封装，同中段机翼和两个外段机翼的翼型融合。附图说明图1显示了根据本技术的一个实施例的小型太阳能无人机的整体外形图。图2显示了根据本技术的一个实施例的小型太阳能无人机的太阳能电池板排布图。图3显示了根据本技术的一个实施例的小型太阳能无人机的锂电池排布示意图。图4显示了根据本技术的一个实施例的小型太阳能无人机的太阳能电池板组封装图。图5显示了根据本技术的一个实施例的小型太阳能无人机的能源管理系统的结构示意图。图6显示了根据本技术的一个实施例的小型太阳能无人机的能源管理系统控制流程图。图7显示了根据本技术的一个实施例的小型太阳能无人机的折叠式螺旋桨外形图。具体实施方式为了解决现有无人机的航程、留空时间及飞行高度有限的问题，并能将小型无人机的功能进行扩展，使之能依靠自身动力来完成原来所不能完成的高空、远程长航时飞行任务，本专利技术人设计了一种以太阳能为动力，具有一定任务载荷，能够完成测绘侦察等任务，并可应用于气象测绘等多种应用领域的小型无人机。太阳能无人机的动力来源为太阳能，而太阳能的捕获是通过布置于飞机上的太阳能电池板实现的。由于不同气候和时间条件下太阳光照的强度不同，太阳能电池板所能供给的功率也是随之变化的，为了保证太阳能无人机的正常平稳运行，需要对由太阳能电池板、电机和锂电池所组成的能源系统进行能源管理与状态监测。为此，本技术设计了一种适用于长航时无人机的能源管理系统，保证不同工况下能源系统的高效平稳运行。现有的太阳能电池板分为柔性太阳能电板和非柔性电池板。其中，柔性太阳能电池板成本高昂无法大规模实用；非柔性太阳能电池板由于材料原因，无法弯曲。为了使太阳能电池板能贴合机翼翼面的弧度，本技术对太阳能电池板进行切割，使其能贴合在机翼表面。同时，本技术在太阳能电池板的封装过程中，在其表面贴合了透光膜，提高了太阳能电池板的聚光能力。根据本技术的太阳能无人机的总体布局根据本技术的一个实施例的小型无人机采用常规式气动布局，如图1和图2所示，其具有上单翼设计，机身(2)前端安装有带折叠式螺旋桨(9)的电动机(1)，为飞机提供飞行所需的动力。机翼平面形状为矩形，无后掠角，三段翼设计分为中段机翼(5)和外段机翼(7)和(8)，外段机翼(7)和(8)有5°上反角，增加飞行稳定性。外段机翼后缘设置有副翼(6)。水平尾翼(3)和垂直尾翼(4)和机身(2)相连，在一个具体实施例中，机身(2)采用碳纤维复合材料圆管。本技术的小型太阳能无人机不带有起落架，通过短距离抛飞实现起飞，无跑道要求，降落以滑翔方式降落。太阳能电池板组和锂电池组的排布方式根据本技术的一个实施例，如图2和图3所示，在机翼的左侧上反段、中部直段、右侧上反段的上表面分别布置有一块太阳能电池板组(101，102，103)，对太阳能电池板进行了切割和多层封装，可以同翼型完美融合；同时，为了节约机内空间，合理配重，本技术将锂电池组(104)布置于机翼直段的翼肋(105)中。在翼肋外侧，包覆有蒙皮(106)。在蒙皮(106)的上表面，贴合有太阳能电池板组(102)。同时，在机翼前缘，覆盖有复合材料外壳(107)。太阳能电池板封装方式根据本技术的一个实施例，如图4所示，若干块单晶硅太阳能电池板经过切割，采用多层封装的方式被封装在太阳能电池板组(102)上。根据本技术的一个实施例，太阳能电池板组以软性塑料膜作为底膜(201)；根据一个具体实施例的封装方式是，太阳能电池板(203)与底膜(201)中间有一层EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)热熔胶膜(202)；在太阳能电池板(203)上表面，也覆有一层EVA热熔胶膜(204)；在上层EVA热熔胶膜(204)的上表面，封装有一层透光膜(205)，该透光膜可以提高太阳能电池板组的聚光能力；其中，EVA热熔胶膜(202,204)起到了对底膜(201)、太阳能电池板(203)、透光膜(205)的粘合作用，保证了太阳能电池板封装结构的稳定性。此外，为了使电池板更贴合翼面曲线，提高飞行效率，每块太阳能电池板都沿展向进行了切割处理。根据本技术的一个实施例，太阳能电池板(203)使用常规的单晶硅电池板，并且采用切割多层封装的方式与机翼结合，锂电池埋入机翼肋片的碳管中，进行一体化设计，增加机翼强度，减小占用空间。能源管理系统根据本技术的一个实施例的太阳能飞机能源管理系统结构图如图5所示。其中，第一太阳能电池板组(301)、第二太阳能电池板组(302)、第三太阳能电池板组(303)分别为排布于机翼的左侧上反段、中部直段、右侧上反段的上表面的电池板组在电路中的表示；锂电池组(306)为排布于机翼中部直段内的太阳能电池组在电路中的表示。该系统由太阳能电池板组(301,302,303)通过最大功率点跟踪(MPPT)系统，即MPPT太阳能控制器(304)向锂电池组(306)和电子调速器(307)控制的电动机(308)(也就是图1中的电动机(1))直接供电，当电动机(308)需要较大功率时，锂电池组(306)和第一至第三太阳能电池板组(301,302,303)同时向电动机(308)供电。同时，在MPPT太阳能控制器(本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.以太阳能电池板和锂电池组为动力源的小型太阳能无人机，其特征在于包括：机身(2)，安装在机身(2)前端的、带折叠式螺旋桨(9)的电动机(1)，机翼，其具有三段翼设计，分为中段机翼(5)和两个外段机翼(7，8)，所述中段机翼(5)和两个外段机翼(7，8)各包括翼肋，外段机翼(7，8)的后缘设置有副翼(6)，和机身(2)相连的水平尾翼(3)和垂直尾翼(4)，锂电池组(104)，布置于中段机翼(5)的翼肋(105)中，其中：在中段机翼(5)和两个外段机翼(7，8)的上表面分别布置有第二、第一和第三太阳能电池板组(101，102，103)，所述第二、第一和第三太阳能电池板组(101，102，103)中的太阳能电池板被进行了切割和多层封装，同中段机翼(5)和两个外段机翼(7，8)的翼型融合。
【技术特征摘要】
1.以太阳能电池板和锂电池组为动力源的小型太阳能无人机，其特征在于包括：机身(2)，安装在机身(2)前端的、带折叠式螺旋桨(9)的电动机(1)，机翼，其具有三段翼设计，分为中段机翼(5)和两个外段机翼(7，8)，所述中段机翼(5)和两个外段机翼(7，8)各包括翼肋，外段机翼(7，8)的后缘设置有副翼(6)，和机身(2)相连的水平尾翼(3)和垂直尾翼(4)，锂电池组(104)，布置于中段机翼(5)的翼肋(105)中，其中：在中段机翼(5)和两个外段机翼(7，8)的上表面分别布置有第二、第一和第三太阳能电池板组(101，102，103)，所述第二、第一和第三太阳能电池板组(101，102，103)中的太阳能电池板被进行了切割和多层封装，同中段机翼(5)和两个外段机翼(7，8)的翼型融合。2.根据权利要求1所述的以太阳能电池板和锂电池组为动力源的小型太阳能无人机，其中：该无人机是小型无人机，采用常规式气动布局，其具有上单翼设计，机身(2)采用碳纤维复合材料圆管机翼平面形状为矩形，无后掠角，外段机翼(7，8)有5°上反角，改善飞行稳定性。3.根据权利要求1所述的以太阳能电池板和锂电池组为动力源的小型太阳能无人机，其特征在于：在翼肋外侧，包覆有蒙皮(106)，在蒙皮(106)的上表面，贴合所述太阳能电池板组，在所述中段机翼(5)的前缘覆盖有复合材料外壳(107)。4.根据权利要求1所述的以太阳能电池板和锂电池组为动力源的小型太阳能无人机，其特征在于：每个所述太阳能电池板组包括多块单晶硅太阳能电池板(203)，所述多块单晶硅太阳能电池板(203)经过切割，采用多层...
【专利技术属性】
技术研发人员：李可，
申请(专利权)人：北京蓝色动力科技有限公司，
类型：新型
国别省市：北京,11
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