技术挑战:建造太阳能飞机

2015年02月15日15:16   阳光动力    收藏本文     

  阳光动力2号专为挑战首次太阳能飞机环球飞行而建。作为一架革命性的飞机,它将完成一项史无前例的任务——在不使用任何燃油的情况下,跨越海洋,从一个洲飞到另一个洲,连续飞行5个昼夜。

  为此,阳光动力2号需采用全新的科学技术,同时还需大幅度降低能耗。为了实现这个目标,在安德烈·波许博格的领导下,80位工程师和技术人员将不懈努力,采用一系列极具创新精神的解决方案。

  虽然阳光动力并不是第一个太阳能飞机项目,但它无疑是最具雄心壮志的一个。它是一个拥有无穷耐力的真正机载技术实验室,可以连续在空中飞行数个昼夜,跨越海洋和大陆。

  相关数据

  阳光动力项目——用数字说话:

  •        12年的可行性研究,概念形成,设计和建造
  •        50名工程师和技术人员
  •        80位技术合作伙伴
  •        100位以上顾问和供应商
  •        1架样机(阳光动力1号,注册名HB-SIA)
  •        1架最终成品机(阳光动力2号,注册名HB-SIB)

  “想象一下,在飞行过程中你的能源储备非但没有减少,反而在不断增加!为了实现这个梦想,我们必须最大限度地利用太阳产生的每一瓦特电能,并将它存储在我们的电池里。我们尝试了每一种可能提高能源效率的方法。如今,阳光动力已成为了第一架能够日夜连续飞行的太阳能飞机,不久,它也将成为第一架实现永续航行的飞机。”——安德烈·波许博格。 

  挑战1:能源供应——如何飞越海洋与大陆

  太阳能电池

  我们安装了超过17,000块太阳能电池板,每天可以产生340千瓦时的电量,覆盖面积达269.5平方米。

  更精确地说,机翼、机身和水平尾翼上共安装有有17248个厚度仅为135微米的单晶硅电池,从而在轻盈度、柔韧性和效率(23%)中实现最佳平衡。

  为了实现空气动力性能最大化,阳光动力2号的机翼长度甚至超过了波音747,长达72米!

  蓄电池

  能源由太阳能电池板收集后,将被储存在锂聚合物电池中,其能量密度优化至260瓦时/千克。电池密封在高密度泡沫中,安装在四个发动机舱内,并有一个系统控制蓄电池的充电阀和温度。电池的总重量为633千克,仅占飞机总重的四分之一。

  为了节约能量,飞机白天将攀升到8500米高空,夜间则会在1500米高度低空飞行。

  挑战2:飞行距离——超过35000千米

  发动机

  24小时平均功率为15马力,相当于一架小型摩托车发动机。最大功率为70马力(4台17.5马力发动机)。

  机翼下方安装了4个无刷、无感应发动机,每个能产生17.4马力(13.5千瓦)的动力,还有一个减速齿轮,将直径4米的两叶片螺旋桨的转速限制在525转/分钟。整个系统的效率是94%,创下了能源效率的新记录。

  速度

  阳光动力的速度与汽车基本一致,最大飞行速度140千米/小时(77节),最小36千米/小时(20节)。

  于海平面飞行时,最大飞行速度90千米/小时(49节),最小45千米/小时(20节)。

  于最高海拔飞行时,最大飞行速度140千米/小时(77节),最小57千米/小时(31.5节)。

  挑战3:机身重量——轻如鸿羽……或汽车

  轻盈

  在安德烈·波许博格的领导下,工程师们发挥超凡技术,均衡降低整个结构的重。每增加一克重量,就要在别的地方相应减少一克,这样才能在飞机上安放足够的电池同时营造一个可让飞行员生活一周时间的驾驶舱环境。最终,阳光动力2号的重量与一辆小型箱型货车相差无几,仅为2,300千克!

  阳光动力项目促进了碳板材领域的创新,现在其重量轻达25克/平方米,仅为打印纸张的三分之一。

  坚固性

  机身由复合材料(碳纤维和蜂窝夹层结构)构成。

  机翼上部表面覆以密封天阳能电池组成的隔层,下部表面为高强度柔性薄层。机翼内每隔50厘米(20英寸)设置了140根碳纤维肋条,从而形成符合空气动力学的隔面,同时也保证了机翼的坚固性。

  阳光动力2号:建造步骤

  1.概念提出、设计、建造及装配

  概念:从蓝图到细节

  设计:由设计和结构分析团队完成

  建造:2011——请阅读:阳光动力的第10000个部件建造完成!

  装配:2011——请阅读:翼梁

  2.测试已装配部件

  测试部件的功能:请阅读:太阳能电池测试,电子测试

  测试飞机平衡能力: 2013年3月——机身承载测试,整流罩风动测试

  测试部件的耐力(“结构测试”):2012年5月~2013——发动机吊舱测试,驾驶员振动测试,起落架硬着陆负载测试,新翼梁交付和结构/扭转测试

  3.由车间组进行组装

  驾驶室和机身组装:2012年10月~2013年2月

  机翼组装:2012年12月~2013年2月——组装助条、襟翼和副翼,安装太阳能电池板,使用超轻面料覆盖下表面,加固机翼

  全部装配完成:2013年3月——飞机各部件由杜本多夫(Dubendorf)运到帕耶讷(Payerne ),在帕耶讷完成最后装配工作,然后对装配完成的飞机进行振动测试。至此,飞机终于得以与公众见面,并为试飞做好准备!

  了解更多信息,请阅读我们的“太阳能飞机的建造”系列

文章关键词: 阳光动力

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