Остання редакція: 2019-05-19
Анотація
Літальні апарати (ЛА) на сонячній енергії (СЕ) стають все більш популярними за рахунок економічних та екологічних переваг. При конструюванні такого апарату необхідно вирішувати питання оптимізації параметрів, забезпечення міцності та жорсткості, зменшення опору тощо. Описані проблеми не є новими в авіації, але використання сонячних панелей вносить ряд відмінностей до їх вирішення.
Спершу, коротко оглянемо принцип роботи ЛА на СЕ. Сонячні елементи (рис. 1), сприймають сонячну радіацію та перетворюють її на електроенергію, розміщуються на аеродинамічних поверхнях ЛА. Для безпілотних літальних апаратів(БпЛА) класу міні, напруги від СЕ, як правило, недостатньо для коректної зарядки акумулятора. Виходячи з цього, потужність подається до перетворювача, який збільшує вольтаж і здійснює зарядку акумулятора. Для рівномірного заряджання всіх комірок акумулятора застосовується балансир.
Живлення систем ЛА, а головне – електричного двигуна реалізується від акумулятора. З метою компенсації енергії спожитої споживачами необхідна відповідна кількість сонячних панелей. Для збільшення ефективності використання енергії крило має бути великого подовження λ, оскільки це дозволяє зменшити індуктивний опір (Схі = Су/(πλ)). Для збільшення стійкості ЛА кінцеві частини крила мають збільшений кут V-подібності (рис.2, рис.3). При цьому Забезпечення жорсткості крила можна реалізувати за рахунок збільшення кількості конструктивних елементів (нервюр, стрингерів) чи потовщенням обшивки, але при цьому необґрунтовано виросте маса. Не варто забувати що крила великого подовження схильні до флатеру.
Існують варіанти ЛА на СЕ з вертикальними поверхнями (або поверхнями, що повертаються) для додаткового сприймання сонячної радіації (рис.4, рис.5). Такі ЛА продовжують зарядку акумулятора навіть за умови коли сонячні промені практично не попадають на панелі розміщені на крилі (світанок, вечір).
Ще одним методом зменшення опору є використання аеродинамічної схеми безхвістка (рис. 3), літаюче крило (рис.4), а іноді й інтегральної схеми. При цьому відсутні елементи, що створюють додатковий опір (фюзеляж, оперення).
Підвищення ефективності ЛА на СЕ можливе через збільшення ефективності панелей. На сьогодні ефективність гнучких СЕ становить 7-9%, жорстких 20-22%.
У тому випадку, якщо вихідний вольтаж від сонячних панелей співпадає з необхідним для зарядки акумулятора, можна відмовитись від перетворювача. Злітна маса ЛА відповідно зменшиться, що може бути суттєво для авіації класу мікро.
Збільшення ефективності СЕ гарантовано дає виграш по вазі, що може бути використане для корисного навантаження. Слід зауважити, що у випадках, падіння променів на СЕ під малим кутом до горизонту (або наявності хмар) необхідна напруга створюватись не буде. На таких режимах без наявності перетворювача напруги можливе зниження ресурсу акумулятора.
Ключові слова
Посилання
1. Javier V. Coba. Application of copper indium gallium diselenide photovoltaic cells to extend the endurance and capabilities of the Raven RQ-11B unmanned aerial vehicle. Monterey, California, 2010.
2. Остославский И. В. Аэродинамика самолета. М.: Гособоронгиз, 1957.
3. Самойловский А.А. Разработка научно-методического обеспечения процесса формирования облика на этапе предварительного проектирования беспилотных летательных аппаратов, использующих для полета солнечную энергию: диссертация на соискание ученой степени
канд. тех. наук: 05.07.02./ Самойловский Артем Александрович. – М.: 2015.
4. The Barents Observer [Електронний ресурс]: [Інтернет-портал]. – Електронні дані. –– Режим доступу: https://thebarentsobserver.com (дата звернення 15.04.2019). – Solar powered UAV russian arctic.
5. Avia.pro [Електронний ресурс]: [Інтернет-портал]. – Електронні дані. –– Режим доступу: http://avia-pro.net/blog/ (дата звернення 15.04.2019). – Eturnas D. Specifications. A photo.
6. Minelli R.J., Haase S., Kutyn S. Solar-powered aircraft with rotating flight surfaces US 20090292407 A1: Orbital sciences corporation, 2008.