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  • 太阳能无人飞艇

    5月27日,一架太阳能飞艇在南非试航成功。这架由中国企业达天飞艇公司作为设计及制造商,与挪威、英国、法国、美国、南非、德国、日本等国家科技人员合作。动力完全来自其背部安装的太阳能板转化的电能,是飞艇中的“新能源”成员。在庞大的飞行器家族中,飞艇的存在感并不像飞机那么强,但是研究飞艇的科研人员依然渴望将新能源应用其中。对于主要在平流层“活动”的飞艇来说,太阳能无疑是最好的选择。

    编辑摘要

    基本信息 编辑信息模块

    中文名: 太阳能无人飞艇
    试飞国家: 南非 试飞时间: 2016年5月27日
    制作商: 中国企业达天飞艇公司 合作国家: 挪威、英国、法国、美国等

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    实验研究/太阳能无人飞艇 编辑

    太阳能无人飞艇太阳能无人飞艇
    在这架全太阳能飞艇之前,不少痴迷于飞艇的研究人员就曾经进行过类似的实验。2011年,加拿大太阳能飞艇公司研制的太阳能动力飞艇拥有奇异的三角形外形,其背部铺满了太阳能电池板。他们对外宣称这种太阳能动力飞艇综合了飞艇的轻快特性和有翼飞行器的优点,不需要任何道路或轨道。所以,它可以在没有着陆点或飞机跑道的偏远地区完成医疗急救、野生生物监测、军事侦察以及运送重型货物的任务。
    不过,许璐表示,之前的太阳能飞艇都会和燃油发动机一并混合使用,所以属于混合动力的太阳能飞艇,但是全太阳能飞艇的全部动力则都来自太阳能电池。

    绝对优势/太阳能无人飞艇 编辑

    太阳能无人飞艇太阳能无人飞艇
    全太阳能飞艇拥有极大的优势,一直以来,“不论哪种飞艇,其技术的瓶颈都是材料、能源和浮重平衡,但是,全太阳能飞艇的出现有效地解决了其中的后两项。没有燃料消耗减少后产生的额外升力,不用担心越飞越轻,而造成难以操控。”
    在动力方面,全太阳能飞艇的能源系统构成相对简单,既有利于对能源的索取和转换,也能让太阳能电池构成的飞艇能源系统保证飞艇在高空长期工作。“随着高度升高,油动机功率都呈下降趋势,全太阳能艇可有效降低该趋势。比如在海拔8000米以上,飞艇常用的不添加增压功能的活塞和涡桨发动机都无法正常工作,但电动机则可以。”许璐表示。而且,因为飞艇采用电机提供动力,维护保障相对简单,省时省力。
    除了上述优势,全太阳能飞艇在灾害救援中也提供了新思路。因为,当自然灾害发生时,救援力量如何能够尽快到达灾区,提供应急电力、应急通讯等服务,无疑是一项生死攸关的重要问题。较之比较常见的救援直升机,全太阳能飞艇不仅可以在灾情发生后迅速升空,避开损毁的地面道路,快速抵达灾区上空,还能利用遍布全身的太阳能电池,为灾区提供应急电力、通讯等服务。
    而且,因为拥有太阳能持续提供动力,全太阳能飞艇可长时间“站岗”“放哨”,在消防预警与灾情侦查、警用反恐等领域发挥优势。
    综合来看,全太阳能飞艇具有升空高度高、续航时间长、用途广泛、生存力强、可重复使用、使用维护成本低等特点,可搭载任务系统,执行高分辨率对地观测等多种任务,在国家军事和经济建设方面应用价值很高。

    研制开发/太阳能无人飞艇 编辑

    中国科学院光电研究院也在开展太阳能飞艇的研究工作。在该院巨大的艇库内,一个用以模拟真实飞艇上太阳能电池铺装的试验台已经架设完成,试验台上放置着正在开展试验的各类柔性太阳能电池。中国科学院光电研究院气球中心系统总体室副主任杨燕初博士告诉《中国科学报》记者,柔性太阳能电池柔软程度好,但是转化率偏低,目前一般在10%左右,而普通硬式的太阳能电池板的能量转化率则能达到20%~30%。另外,部分柔性太阳能电池的柔曲度有限,在铺装时如果弯折到一定角度就会损坏。所以,为了节省成本,他们也专门制作了一些模拟太阳能电池板的“假电池板”,用以测试铺装的流程和工艺。为了让试验的仿真度更高,试验架本身还能够进行角度的调节,这样在进行户外试验时,科研人员便可实测出不同太阳照射角对应的与太阳能电池转化率的关系。
    除了寻找太阳能电池与飞艇的最佳组合方式,科研人员还要解决太阳能电池如何安装在飞艇蒙皮上的问题。因为飞艇需要适应平流层恶劣的环境,所以蒙皮由老化层、阻气层、胶层、织物层等多层材料复合而成,如果想将太阳能电池更为有效地安装在艇体蒙皮外部,就需要在地面时,就对太阳能电池组件本身进行特定的改进,进而按照实际飞行需要的铺装面积与艇体蒙皮连接。“这其中涉及两个问题:一是在地面遇到的问题,即在地面具体铺装过程中可能会因为铺设面积过大或充气时艇体变形不均匀造成太阳能电池无法保持平整而损坏,因此需要在实际铺装工艺进行深入细致的研究;二是在空中遇到的问题,即按照能量守恒的原则,太阳能电池在吸收热量转换成电能的同时,也会产生大量的‘废热’,这部分热量因高空大气密度稀薄,散热效率低而无法快速消散掉,所以将直接传递到艇体蒙皮,如不加以控制将对蒙皮产生损伤,因此需要考虑在太阳能电池与蒙皮间直接加装隔热层。”杨燕初解释道。
    如果长时间提供给飞艇动力,就需要大量的太阳能电池提供能量转换,但实际上,飞艇上可以铺设太阳能电池的面积极其有限。“软式飞艇布设太阳能电池只能在飞艇上表层,还必须满足飞艇运行的最大用电量。”许璐表示。
    所以,目前能够上升到平流层高度的演示验证艇尚在试验阶段,而全太阳能飞艇的试飞成功,标志着飞艇向前跨越了关键的一步。“该飞艇高新技术将在对流层飞艇和载重飞艇上首先应用,继而推向平流层飞艇。”许璐说。[1]

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    参考资料
    [1]^引用日期:2016-06-17
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    飞艇

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