阳光动力1号原型机HB-SIA

2015年03月30日15:45   阳光动力    收藏本文     

  阳光动力1号(HB-SIA)的翼展和空客A340相当,重量却极轻(大约等于一辆小汽车),这使得HB-SIA具有之前飞机从未实现过的物理和空气动力性能,也意味着它的飞行包线非常特殊。

  阳光动力1号的所有设计,包括碳纤维结构、推进链、飞行仪表,都是为了节约能量,以帮助飞机和飞行员抵抗高海拔带来的恶劣条件,并使飞机既足够牢固又足够轻盈。

  阳光动力1号不是用来实现环球飞行的,它的主要任务是成功实现无燃料昼夜飞行,以向世人表明本项目的可行性。2010年7月,阳光动力1号的首次昼夜飞行圆满结束。随后,阳光动力团队将建造阳光动力1号获得的经验应用到了阳光动力2号(HB-SIB)上,阳光动力2号已于2015年3月开启环球飞行。

  能量问题:整个项目的核心

  正午时分,地球表面每平方米接收的太阳能约为1000瓦(1.3马力)。而在一天24小时内,太阳输出到地球表面的平均能量仅有250瓦/米2。通过使用200平方米的太阳能电池,并将飞机的推进链效率提高到12%,飞机马达的平均功率可以达到6千瓦(8马力)。实际上,这个功率与1903年由莱特兄弟驾驶实现首次飞行的飞机相当。通过优化从太阳能电池传递到螺旋桨整个过程的能量效率,阳光动力1号成功实现了无燃料昼夜飞行。

  7项世界纪录

  绝对高度:9235米 (0300英尺)

  高度增益:8744米 (28690英尺)

  续航时间:26小时10分钟19秒

  沿航线自由距离:1116公里 (693.5英里)

  预声明航点直线距离:1386.5公里 (861英里)

  自由距离:1506.5公里 (936英里)

  预声明航点沿航线距离:1487.6公里(924英里)

  人力资源

  飞机建造过程中,负责飞机设计的阳光动力团队、材料供应商、元配件生产商和其它合作者紧密合作,完成了这架原型机的建造。在经过艰苦的反复试验,充分挖掘了每个人的潜力后,我们终于找到了新的航空学解决方案。

  能量资源

  飞机使用了多种形式的能量,阳光动力完全掌握了这些能量间的转化原理,并优化了能量转化过程。

  光能——太阳辐射原理

  电能——太阳能电池、电池和马达

  化学能——电池

  势能——飞机海拔升高

  机械能——推进系统

  动能——飞机速度提高

  热能——所有情况下的损失(摩擦、加热等)要降到最小

  电池效率和存储容量

  用厚度为145微米的单晶硅制成的12000块太阳能电池既轻盈又高效。太阳能电池的效率本可以更高,达到卫星太阳能电池板的水平。但电池重量也会因此增加很多,而这对飞机的夜间飞行很不利。电池效率和容量是整个项目最重要的部分,也是整个项目中诸多限制的根源。虽然经过了大量优化,阳光动力1号的电池仍然很重,阳光动力不得不在飞机的其它地方减掉很多重量。只有这样,才能使整个能量链达到最优,使大展弦比机翼和低速翼型带来的空气动力学性能最大化。阳光动力1号使用的锂聚合物电池能量密度为240瓦时/公斤,总重高达400公斤,超过整机重量的1/4。

  结构和材料

  为了使飞机轻盈牢固易于操控。阳光动力1号采用碳纤维三明治结构板结构组装,这种方法以复合材料(碳纤维和蜂窝夹层)为骨架构建了阳光动力号。阳光动力1号机翼上部表面覆盖了用嵌入式太阳能电池组成的薄层,下部表面则是柔性薄层。在这两层之间,放置了120根碳纤维肋条,相互间隔50厘米,从而形成了符合空气动力学的机翼截面。

  推进系统

  机翼下固定了4个吊舱,每个里面都有一个无刷、无传感器发动机,一个含有70块蓄电池的锂聚合物电池,一个控制充电阀和温度阀的管理系统。吊舱的热隔绝系统可以保存电池辐射的热能,使电池在海拔8500米、零下40°的条件下也能正常工作。每个发动机的最大功率是10马力。吊舱中还有一个减速齿轮箱能将直径3.5米的双叶螺旋桨转速限制为400转/分钟。发动机24小时的平均功率为6千瓦(8马力)。

  中央智能系统

  机载计算系统有很多功能:收集、分析数百个飞行管理参数;将信息提供给飞行员以做出决定;通过遥测技术将重要数据传输给地面团队。最重要的是,它不仅能为马达提供特定飞行配置下的最优电力,还能将电池的充电/放电状态告知马达。

文章关键词: 阳光动力

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