[发明专利]光伏浮力双翼机、光伏浮力飞碟、光伏浮力无人机

说明书

技术领域  本发明涉及一种航空新能源飞行器系列，尤其是无燃料、垂直起降飞行器系列。 

背景技术  目前国内外的飞行器虽有长足发展，性能越来越先进，但在使用过程中对环境的污染和能源的消耗是显而易见的。随着社会进步和环保意识的增强，人们对航空技术提出了更高的要求，希望飞行器没有尾气、没有噪音。为实现碳排放为零的绿色飞行目标，世界许多国家都在研发太阳能飞机，著名的有美国的“太阳神号”、瑞士的“太阳驱动号”。尽管这些飞机在高度、航时和航程上已取得重大突破，但离实用化仍有很大差距，其根本问题在于翼展过宽、机身过窄、抗风险能力差；由于摄取阳光的表面积不足和携带的动力电池数量少，电源系统无法提供更多能量，限制了巡航速度和有效载荷，造成太阳能飞机“无商业化前景”。 

发明内容  为解决太阳能飞机起降、功率、载荷、速度和安全性方面存在的技术难题，本发明提供一种多机融合的技术方案：将太阳能飞机、氦气飞艇、直升机、螺旋桨飞机的特长融于一体，设计成光伏浮力飞行器系列，使其具有太阳能飞机的发电、储电、电驱功能；具有氦气飞艇的浮力、承载力；具有直升机的灵活性、适应性；具有螺旋桨飞机的速度、舒适性。在此基础上，针对阳光照射能量分布密度小、阴晴昼夜差异大的特点，大幅增加光伏发电面积和动力电池数量，同时对飞机结构进行精简整合，降低自重，最大限度地提高承载能力和安全系数。 

本发明由翼身系统、电源系统、驱动系统、控制系统和乘客舱构成： 

翼身系统包括云朵形、碟形融合式翼身、双翼机连桥、碟翼空洞、圆柱形氦气气胎、微型气门芯、氦气、导流式双气囊底座、气动导流槽、骨架、蒙皮及固定装置。飞行器气动外形结构由刚性骨架保持， 底部和四周边缘用轻金属材料蒙皮。体内由直径1.5米或1.8米，高度不等的圆柱形氦气气胎按蜂窝状填充，微型气门芯朝上。背部在安装抗鼓胀的隔热布后，用高强度复合材料蒙皮，粘贴转换率20％以上的薄膜电池。导流式双气囊底座用刚性U形骨架与翼身骨架连接，囊内用直径1.5米，高度不等的圆柱形氦气气胎按纵列填充，微型气门芯朝下。底座离地0.3米以上用轻金属材料蒙皮，0.3米以下及着地部位用高韧性防水纤维材料蒙皮。气胎充气调压可通过机背和着地部位每个预留的气门芯凹孔，用高压氦气装置充至标准气压。整个飞行器外表除薄膜电池、有机玻璃、双翼机连桥外均涂白色，双翼机连桥涂天蓝色。 

电源系统包括薄膜电池、飞轮电池组、高能镍碳超级电容器组、电源管理系统、逆变器、电源舱、切换式外接电源插座及电缆连接线。薄膜电池将阳光转化为电能储存到高能镍碳超级电容器组，当驱动系统需要动力时，电源管理系统通过逆变器向其输电。航行中的动力供电以飞轮电池组为主，高能镍碳超级电容器组在向飞轮电池组补充电源的同时，还承担其他器件、仪表、灯具的供电。双翼机4个、飞碟2个电源舱分别设在底座外侧或内侧中后段，以平衡载荷，距地0.9米，舱底为氦气气胎缓冲垫，舱体用非金属材料与骨架连接，飞轮电池组、高能镍碳超级电容器组按各半比例安装。 

飞行器垂直起飞要比滑跑起飞消耗更多能量，为此可在起飞处设置电缆转盘，通过电缆和设在机腹2个电源舱正中间的切换式外接电源插座向驱动系统输电，当垂直升空达到预定高度转入前飞状态后，氦气球式电缆插头自行脱离降落，电源管理系统随即切换供电。 

驱动系统包括倾转式电动螺旋桨、变频调速控制器、电动倾转齿轮、电动倾转控制器及固定支架。双翼前端或碟翼边缘对称安装4台倾转式电动螺旋桨。螺旋桨朝上的止点为90度，倾转朝前的止点为0度。每台电动机用2个轻合金固定支架安装在翼身骨架上。双翼机支架前伸2米，高出翼面0.6米；飞碟支架前伸2米，高出翼面1.6米。碟翼空洞下圆上椭、洞口凹陷，以利于螺旋桨倾转。电动机外壳用轻 合金铸造，其与螺旋桨重力均衡段的左短轴与左固定支架轴承孔对接，右侧为环式大齿轮，末端短轴与右固定支架里的轴承孔对接，同时大齿轮与右固定支架里的电动倾转小齿轮啮合。电动倾转控制器可控制每台螺旋桨的朝向和倾转角度，变频调速控制器可控制每台螺旋桨正旋、反旋和旋速。