中國太陽能飛機

太陽能飛機是指以陽光、太陽能以及太陽可能存在的其他能量來作為動力和任務設備能源的飛行器。以太陽能作為未來航空太空飛行器的輔助能源乃至主能源，是人類具有方向性和前沿性的重要研究目標。

基本介紹

• 中文名：太陽能飛機
• 外文名：solar powered aircraft
• 能源：太陽能

產品簡介

太陽能飛機是飛行器的一種，20世紀中期以來，太陽能飛行器研究已經成為世界航空航天業重點發展的新興領域。其原因主要有如下兩個方面：（1）人們需要向地球以外的空間尋求持久能源和潔淨能源，以緩解越來越嚴重的能源困境和保護地球環境。（2）社會發展使得人類對飛行器的航高、續航力等要求越來越高，而吸氣式發動機飛行器無法在空氣稀薄的高空運動，航高受到限制；飛機爬升到高空也因需要耗費大量燃料而限制了續航力。太陽能飛行器能在低密度空氣環境中飛行，理論上飛得越高則採光集能效益越好，因此，相對於常規飛行器來說，太陽能飛行器在航時與航高方面具有明顯優勢，這種優勢使太陽能飛行器有可能用來替代低軌道衛星的部分功能，造福人類。目前世界上還沒有實用的太陽能飛行器，各國相關的科學研究正在持續進行中。

中國第一架

中國第一架太陽能飛機“翱翔者”號，是北京航空航天大學飛機設計與套用力學系（現為航空科學與工程學院）李曉陽博士和趙庸教授在1992年設計製造的，該機是中國歷史上有記載的首架具原創自主智慧財產權的太陽能飛行器（ZL94209702.5，1994.10.30，China）。“翱翔者”號機體和機翼採用碳纖（Carbon Fiber）和凱夫拉（Kevlar）、輕木等材料用手工製造，機翼設定翼尖小翼，以擴大翼展和降低誘導阻力，提高飛行性能。上翼面和水平尾翼能夠利用的面積，都用互動布陣法鋪設和連線單晶矽太陽能電池薄片。這些太陽能電池薄片極易碎裂，因此上翼表面與太陽能電池之間設有GPPS薄膜的緩衝層。該機採用一組特製的鎳氫電池組儲存太陽能電池獲得的電能，並作為中間交換器來為配有減速裝置的低速螺旋槳推進器提供電力。該機用望遠鏡配合人工目視操作來進行飛行控制操作，飛控設備為改良的Ftb.1024。為了減輕重量，該機用人手投擲起飛，回收用滑橇式降落架。受當時的條件所限，“翱翔者”號只有極小的任務載荷能力。

“翱翔者”號飛行試驗(1994年)

分析

“翱翔者”號於1994年8月在華北地區開展相關科學實驗工作，主要驗證不同光照、不同海拔高度條件下“翱翔者”號的結構強度、氣動特性、操縱性、光電轉換效率和輔助儲能裝置性能、續航力、太陽能電池布陣效益，以及複雜氣象條件下的各項性能指標變化規律等。實驗獲得成功並達至預期的目標。

“翱翔者”號構造和性能數據摘要

“翱翔者”號把陽光和太陽能研究以極低的成本提升到空中，其科學意義還包括通過技術/工程驗證機的研製與相關實驗，能夠發現太陽能飛行器關鍵技術問題和利於找出解決問題的方法，為進一步研製實用的太陽能飛行器建立理論基礎和累積工程實踐經驗。這種先研製縮比驗證機再研製全尺寸太陽能飛機的方法，有利於顯著降低科研經費、縮短研製周期。

綠色先鋒

第四屆中國國際航空航天博覽會新聞發布會對外公布中國“綠色先鋒”太陽能飛行研究計畫，該計畫目標是結合一種特殊型式的太陽能飛行器研製，系統地研究與太陽能飛行器相關的科學問題，為持續發展中國太陽能動力飛行探索研究事業建立更全面的科學技術基礎。該計畫由珠海新概念航空太空飛行器有限公司、中國航空工業發展研究中心、中國航天空氣動力技術研究院聯合實施，李曉陽博士為計畫負責人和總設計師。

分析

現有空氣動力學理論和經驗公式、常規飛行器普遍採用的計算方法，並不適用於太陽能飛行器，因此必須另闢蹊徑。“綠色先鋒Ι”採用了複合飛翼氣動布局，布局和結構新穎合理，在儘可能減輕全機重量又保障結構強度的前提下，有更大的機翼採光面積。全機上、下翼面設定高轉化率的柔性太陽能電池陣列來作為動力和控制、任務設備能源採集器。以利於全方位採集太陽能（例如直射光和側射光、雲層和地面反射的陽光等），顯著提高太陽能的利用率。複合飛翼氣動布局源於20世紀90年代歐洲提出的“連翼機”構想，而“綠色先鋒Ι”太陽能飛行器則首先在世界上實現了工程意義上的突破和創新。由於“綠色先鋒Ι”在具體結構上與歐洲的“連翼機”構想有本質不同，因此獲得相關技術的國家專利權（ZL01270983.2，2002.8.21，China）。“綠色先鋒Ι”的風洞實驗和外場飛行實驗表明，相對於各國現有的太陽能飛行器總體形式來看，中國的複合飛翼方案更具優勢，例如在同等機體重量的條件下有更大範圍的採光面積，在對流層下部氣流多變的環境中飛行時，有更好的安定性和操縱性等。