揭秘太陽能無人機首飛需要攻克的難題

我們打造了一架大號無人機，而且是太陽能的！近日，由航空工業(yè)第一飛機設(shè)計研究院設(shè)計研發(fā)的“啟明星”太陽能無人機大尺寸（20m翼展）技術(shù)驗證機完成首飛，這是一飛院繼該機10m翼展技術(shù)驗證機完成長航時飛行驗證之后的又一突破。

“啟明星”太陽能無人機具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，其綜合性能達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平，是航空工業(yè)在大型無人機研制領(lǐng)域部署研發(fā)的重要創(chuàng)新成果，填補了航空工業(yè)在大型太陽能無人機研制領(lǐng)域的研究空白。

啟明星太陽能無人機是航空工業(yè)第一飛機設(shè)計研究院設(shè)計研發(fā)的臨近空間高空長航時太陽能無人機。該機以太陽能輻射為能源來源，可在20000米處持續(xù)飛行數(shù)月，用于執(zhí)行偵察監(jiān)視、通信中繼、區(qū)域?qū)Ш胶鸵惑w化預(yù)警等任務(wù)，具有廣闊的發(fā)展應(yīng)用前景。目前，該機已經(jīng)完成大尺度（20m翼展）技術(shù)驗證機首飛，正按計劃推進(jìn)系列化發(fā)展，將逐步成為國內(nèi)外太陽能無人機領(lǐng)域的開拓者和領(lǐng)導(dǎo)者。

說到這里，也許還有部分不明真相的吃瓜群眾心中對于什么是太陽能無人機、太陽能無人機為何是高技術(shù)領(lǐng)域還是有著無數(shù)的疑問，別著急，在以下的文字中為大家解答。

什么是太陽能無人機？

太陽能無人機是以太陽輻射為能源，結(jié)合蓄電池，實現(xiàn)高空長航時飛行的飛行器。在白天，太陽輻射通過太陽能電池板轉(zhuǎn)換為電能，一部分用于飛行，一部分儲存在蓄電池中；在夜間，通過蓄電池釋放的電能繼續(xù)驅(qū)動飛機飛行，依次往復(fù)，就能實現(xiàn)不間斷的飛行。

太陽能無人機的工作原理是啥？

太陽能無人機白天通過機體表面鋪設(shè)的太陽能電池，將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，維持動力系統(tǒng)、機載設(shè)備和任務(wù)系統(tǒng)正常工作，并對二次電池進(jìn)行充電；夜間釋放二次電池中儲存的電能，維持系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)。

高空長航時太陽能無人機的優(yōu)勢是什么？

怎么說呢？舉幾個例子吧！上千架太陽能無人機可實現(xiàn)對全球主要地區(qū)寬帶網(wǎng)絡(luò)無縫覆蓋。一架太陽能無人機覆蓋范圍相當(dāng)于約200個地面基站。太陽能無人機的有效載荷可達(dá)起飛重量的20%，通信衛(wèi)星不到0.5%。太陽能無人機獲得高分辨率照片的成本只有衛(wèi)星的1/7。

那高空長航時太陽能無人機研發(fā)有多難呢？

別著急，容小編喝口水慢慢說!

太陽能無人機≠無人機+太陽能電池板

雖說，太陽能飛機用到的太陽能電池板原理上跟普通太陽能電池板一樣，但太陽能到驅(qū)動飛行，能量的利用率僅11%，這也就意味著，太陽能無人機的研發(fā)并非是簡單的“無人機”+“太陽能電池板”。

因為需要滿足更高的轉(zhuǎn)換效率、曲面鋪設(shè)、超輕密度、跨高低溫工況等特殊需求，太陽能無人機上的太陽能電池板需要滿足更高的性能指標(biāo)，在設(shè)計、制造、維護等多方面需要攻克一系列的工程技術(shù)問題。包括，太陽能無人機攜帶的蓄電池也是如此，要能量密度更高、環(huán)境要求更高、可靠性要求更高，這同樣是需要科研人員進(jìn)行大量的技術(shù)攻關(guān)。

太陽能無人機的總體設(shè)計還要解決：布局形式、太陽能電池板鋪設(shè)、蓄電池布置、電機和螺旋槳的推進(jìn)效率、任務(wù)載荷以及如何減小飛行阻力，如何控制飛機安全平穩(wěn)的飛行、航跡規(guī)劃等等方面一系列技術(shù)挑戰(zhàn)。也就是說，幾乎所有在常規(guī)飛機上使用到的設(shè)計技術(shù)與工程手段都需要進(jìn)行大量的更新。即使對于一飛院這樣設(shè)計過起飛重量200噸級大飛機的大中型軍民用設(shè)計研究院，技術(shù)攻關(guān)過程也是充滿了艱辛與坎坷。技術(shù)團隊在突破了一個又一個技術(shù)難關(guān)的同時，完成了全尺寸太陽能無人機的全部設(shè)計工作。

在超輕結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，一飛院取得了重大突破，滿足了幾乎不可能實現(xiàn)的重量指標(biāo)。比如超輕機翼結(jié)構(gòu)，翼展20米，弦長1.1米，與機身、短艙、起落架都有重要連接接頭，但總重量僅18.9千克，一個成年人就可以輕松舉起一副20米的機翼。

馭光飛行 大尺寸、高裝載、長航時

“啟明星”太陽能無人機具有飛行高度高，滯空時間長等特點，理論上可連續(xù)留空數(shù)月乃至數(shù)年之久，具有部署靈活、使用便捷、可靠性高、經(jīng)濟性好等特點，可作為大氣層內(nèi)偽衛(wèi)星使用，執(zhí)行偵察監(jiān)視、區(qū)域?qū)Ш?、通信中繼、一體化預(yù)警等任務(wù)，其軍民用途非常廣泛，可與軌道衛(wèi)星、高空飛艇、常規(guī)動力飛機、地基雷達(dá)等構(gòu)成更加完善的信息支援體系。

一飛院通過大尺寸（20m翼展）技術(shù)驗證機的研制和首飛，開展了大量的地面試驗和風(fēng)洞試驗，設(shè)計制造了不同尺寸的縮比驗證機對設(shè)計及試驗結(jié)果進(jìn)行了驗證，同時，進(jìn)一步掌握了太陽能無人機設(shè)計、制造、試驗和飛行驗證關(guān)鍵技術(shù)，建立了科學(xué)完備的設(shè)計、計算和試驗方法，獲得大量的工程設(shè)計經(jīng)驗和飛行數(shù)據(jù)，為后續(xù)大型太陽能無人機全尺寸研發(fā)奠定了堅實的基礎(chǔ)。

“啟明星”太陽能無人機具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，其綜合性能達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平，是航空工業(yè)在大型無人機研制領(lǐng)域部署研發(fā)的重要創(chuàng)新成果，填補了航空工業(yè)在大型太陽能無人機研制領(lǐng)域的研究空白。后續(xù)，一飛院將以“啟明星”太陽能無人機為基礎(chǔ)，持續(xù)深化該領(lǐng)域的相關(guān)研究，向研發(fā)大尺度、高裝載和長航時的先進(jìn)太陽能無人機方向大步邁進(jìn)。