无人化、柔性、飞翼诸多黑科技一体的太阳神,未来飞行器可见一斑
放开你的想象,你觉得太阳能无人机应该是什么样?首先可以肯定,绝不会是在普通无人滑翔机机翼上铺满太阳能电池板。
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上图中这种飞机设计理念仍停留在传统结构、传统飞控、传统启动外形的基础阶段,并未进行理念上的突破与革新。
那么,变着法的改变设计常识,毫不客气的突破传统设计,完全放飞自我的设计呢?是不是令人惊艳,极具未来感,突破你的想象了 比如说下面这样的。
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看完上图,大家肯定一万个疑问?这是啥?怎么设计的!怎么控制的!飞的怎么样!
这个飞行器名叫太阳神(Helios)无人机,是由NASA与AV公司(航空环境公司)合力开发的一种致力于高效率、高海拔和长航时飞行的太阳能动力验证机。
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极致增升减阻造就精干机身
太阳神的机身极其简洁干净,说是机身其实叫机翼更为合适。多数飞机为降低诱导阻力会设计成大展弦比机翼形式,比如说展弦比10.2的黑鸟,但太阳神更了不得,机翼长度75.3,机翼弦长2.4米,展弦比达到了惊人的31.3,翼尖带有10°的上反角以增强整个机翼的横向稳定性。整个机翼看上去十分精干利落。
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极大的展弦比使得飞行器在高空的雷诺数只有20多万,避免了空气湍流造成的困扰,成了简单高效的层流机翼、低速翼型问题,这也使飞行器的气动外形颇为优异。
柔性结构可屈可伸,飞行控制是取胜关键
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整个机翼几乎全由复合材料构成,大面积机翼造成的巨大弯矩以及对重量的控制使得其下部的承力梁必须采用柔性梁设计,整个飞机重量仅590公斤,看似合理的结构设计为飞控系统控制带来巨大难题。
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飞行器采用多个电机分布在机翼下部,利用机翼的柔性与分布式的电机分布可以实现飞行器的分布式推进,俯仰时上部电机功率加大增加推力,下部电机功率减小降低推力,配合全机的72个升降舵来实现俯仰。同样也可根据差动功率设计实现横向的操纵。
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简简单单的几段话无法涵盖太阳神飞行器其中设计所涉及到的诸多领域的关键技术突破,但无须质疑的是,它是诸多学科之间互相协调、极致耦合所形成的结果。2001年,“太阳神”飞行器创下了有翼飞行器持续水平飞行的世界纪录:29524米,比“黑鸟”SR-71的25929米更高,同时它还具有在同温层连续飞行两周的超长续航。
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太阳神飞行器突破了人们的想象力,设计者将众多黑科技融为一体,是未来高效率飞行器的首次尝试,已经让人看到了未来高效率飞行器的发展前景与方向。虽然最终太阳神高空坠毁,也带来了一系列的其他设计问题,但失败是成功之母,正式由于不断的失败不断的尝试、改进,人类才在飞行器设计这条路上不断突破,不断的追逐天空。
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