[发明专利]太阳能飞机

说明书

一种太阳能飞机，包括模块主机翼和附接至主机翼的横向端部的一对相对大的模块小翼。为了收集包括相对低角辐射的太阳辐射，将太阳能电池板安装至主机翼和小翼两者。在一些实施方式中，主机翼的展弦比相对低，诸如，在9与15之间，即，与其翼展相比，主机翼相对深。在一些实施方式中，小翼相对长，诸如，在主机翼半翼展长度的0.2到0.7倍的范围内。在一些实施方式中，桁架式翼梁穿过并帮助支撑主机翼和小翼。

技术领域

本公开涉及太阳能飞机。更具体地，本公开实施方式涉及这样的太阳能飞机，即，该太阳能飞机能够将有效负荷放置在地球表面上的点以上的高海拔处持续相对长的时间(诸如，数日、数月乃至数年)。

背景技术

出于各种原因，可能期望相对长时间地将有效负荷放置在地球表面上的某点之上。可能的有效负荷包括成像系统(诸如，照相机或雷达)；通信系统，供无线电信号、手机信号、微波传输、地球对卫星的链接、电视广播、互联网连接、有效负荷到有效负荷连接等使用；大气传感系统，用于测量风、温度、湿度、存在的气体、太阳光、以及其他目的。保持在地球表面上的点以上的相对固定位置能够使很多这种有效负荷系统以简单和/或有效的方式运作。

除了将有效负荷维持在相对于地球表面的固定位置以外，也期望将有效负荷维持在有利的海拔高度。如果有效负荷所在的海拔高度过低，其效用可能会减小，原因是其视野减小了；天气影响可能增大；云的遮挡可能会更普遍，并且可能会存在有效操作的其他障碍物。如果有效负荷所在的海拔高度过高，其分辨地球表面上的目标的能力降低，电子传输信号必须更强以使得以足够强度到达有效负荷，并且从有效负荷发出的信号必须更强以使得以足够强度到达地球表面。因此，存在对于许多有效负荷可能是期望的海拔高度范围。

将有效负荷维持在地球表面上方的固定位置以及期望海拔高度的一个可能的方法是用飞机。然而，传统燃油飞机基于其燃料容量和燃料使用速率，仅可保持在高处几小时或几天。核动力飞机可能长时间可行地保持在高处，但这种方法可能存在障碍和某些风险。因此，太阳能可能是为飞机提供长时间推进力的少数可行方法中的一个方法。然而，成功实现这个目的存在着很多困难。

太阳能在能流方面非常弱，每平方英尺提供最多约100瓦特。例如，如果波音747在其整个机翼上表面上配备有完美高效的太阳能电池，其将会从太阳能电池接收最多约600千瓦，或约800马力。这与747维持巡航速度和海拔高度所需的约100,000马力是比拟的。因此，即使太阳能电池100％有效并且太阳直接在飞机上方，太阳能仅能够提供传统747所需电力的0.8％。利用典型很好的电池，太阳能仅能够提供747所需电力的0.3％。结论是需要很特别的飞机-在聚集大量太阳能的同时能够以非常低的电力飞行的飞机。

此外，为了在选择点上持续飞行，飞机必须一年四季都在飞行，并飞过大部分地球表面，特别强调的是多人居住的区域。因此，希望能够在相对大(绝对)的纬度下飞行，在这种情况下，在冬季期间白天长度缩短并且太阳光将从倾角而不是上空到达。例如，在胡德里弗，冬至时的俄勒冈州(北纬46度)有约8.3个白昼时间，并且太阳的最大高度角仅在21.5度左右。这意味着希望每天相对几个小时并从非常低的日照角有效收集太阳能，同时仍收集和提供足够能量以将飞机保持在期望海拔高度下的高处。满足这些要求的飞机的特性很可能包括，例如，小功率飞行、轻质、低气动阻力，并且能够容纳高效储能系统。

已提出甚至飞行过其他太阳能飞机。例如，之前研发的飞机一个实例包括大飞翼配置，在上翼面上安装有太阳能电池；以及储能系统，用以收集白天过剩能量并在晚上提供存储能量以求继续飞行。然而，这种飞机缺少足够的太阳能电池板区域来吸收低高度角阳光，这限制了在较高海拔高度下进行运作，尤其在冬季。出于相同的原因，在任何一个季节，许多地球上人口更密集的温带区在该飞机的到达范围之外。