太陽能飛機(jī)設(shè)計(jì)

1、太陽能飛機(jī)設(shè)計(jì)飛機(jī)的總體設(shè)計(jì)1.1. 能源規(guī)劃與動(dòng)力系統(tǒng)1.1.1, 太陽能電池板參數(shù)計(jì)算采用的太陽能電池為單晶硅太陽能電池，參數(shù)如下:尺寸/mm重量電壓/V電流/A155*15550.61.1.2, 太陽能電池板的連接方式串聯(lián)：總電壓等于各分電壓之和，考慮到電壓的損失，26塊電池板串聯(lián)為一組，電壓理論上為13V,總共3組。共需要78塊電池板。并聯(lián)：三組13V的電源并聯(lián)，總電流等于各分電流之和，實(shí)際電流大小得根據(jù)電力系統(tǒng)的總電阻大小來確定。（待測定）1.1.3, 動(dòng)力系統(tǒng)根據(jù)節(jié)能減排的理念，飛機(jī)的動(dòng)力只能由太陽能電池板提供，接收機(jī)和舵機(jī)可單獨(dú)供電，而且動(dòng)力和舵機(jī)的電力系統(tǒng)要進(jìn)行物理隔離。也就是

2、要采用兩個(gè)接收機(jī)，一個(gè)接收機(jī)控制飛機(jī)的動(dòng)力，一個(gè)控制各個(gè)舵機(jī)?？刂苿?dòng)力的接收機(jī)由太陽能電池板供電；控制舵機(jī)的接收機(jī)單獨(dú)接一塊電池。1.2. 氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)1.2.1, 氣動(dòng)布局簡述采用常規(guī)布局，上單翼矩形機(jī)翼（矩形機(jī)翼共三段，側(cè)翼有上反角，機(jī)翼兩側(cè)翼梢處加翼梢小翼），矩形平尾尾翼，矩形垂尾尾翼。1.2.2, 飛機(jī)外形參數(shù)翼展：5080mm翼弦長度：560mm機(jī)身全長：3040mm1.2.3, 翼型考慮到太陽能電池效率低，動(dòng)力低，故應(yīng)盡可能減小飛機(jī)平飛時(shí)所受的阻力，因此采用平凸翼型，相對(duì)厚度應(yīng)較小（翼肋修長，滑翔機(jī)類翼型）的RSG-82翼型。其maxthickness7.58%at30.0%oft

3、hechord（在弦長距前緣30%位置處有最大相對(duì)厚度為7.58%）;maxcamber3.79%at30.0%ofthechord（在弦長距前緣30%位置處有最大相對(duì)彎度為3.79%）。該翼型的升力系數(shù)與阻力系數(shù)以及升阻比如下圖所示。（1）RSG-82在雷諾數(shù)為300000時(shí)，其升力系數(shù)與阻力系數(shù)的極坐標(biāo)圖如下。妣D47D.as事膽9141Cdn>>t1"9Drs*n3內(nèi)胃口1lboh4Jt3皿byXFsii-C&py-iflHt(1W52WMJW4*口ewH,圖1(2) RSG-82在雷諾數(shù)為300000時(shí)，升力系數(shù)，阻力系數(shù)隨飛行迎角變化的特性曲線。CHai

4、ipluJrRtGB2=耶g,耳*2013-Di*n岫工11v5O&ih裔磯ICwylOKCli抬H0C<«M叵，*%y制.(3) RSG-82在雷諾數(shù)為300000時(shí)升阻比隨迎角變化的曲線圖。由圖可知,升阻比在2o左右時(shí)達(dá)到最大，且在2o-5o內(nèi)變化緩慢，在超過5o失圖3(4) 下圖是在雷諾數(shù)為300000時(shí)，升力系數(shù)，阻力系數(shù)及升阻比在迎角變化時(shí)的一系列特性值。圖41.2.4. 焦點(diǎn)計(jì)算在任意迎角下，翼型繞某一特定點(diǎn)的俯仰力矩保持不變，該點(diǎn)稱為氣動(dòng)中心（焦點(diǎn)），也即是氣動(dòng)力增量的作用點(diǎn)，注意氣動(dòng)力增量和氣動(dòng)力的作用點(diǎn)是不一樣的，是迎角發(fā)生變化時(shí)（如增大1o）,氣動(dòng)力

5、的增加量力矩為零的點(diǎn)，是和飛機(jī)的操縱性與穩(wěn)定性緊密相關(guān)的一個(gè)重要參數(shù)，也是測量俯仰力矩的參考點(diǎn)之一，一般是翼型的弦點(diǎn)（從前緣向后緣25%弦長處）。在亞聲速情況（基本所有航空模型均在此范圍內(nèi)）下，大多數(shù)翼型繞1/4弦點(diǎn)的俯仰力矩幾乎與迎角無關(guān)，即氣動(dòng)中心位于1/4弦點(diǎn)處。焦點(diǎn)的幾何求解此處不具體介紹。太陽能飛機(jī)整體參數(shù)計(jì)算及強(qiáng)度校核1.設(shè)計(jì)任務(wù)書（1） 空機(jī)重量大于（包含）2Kg,小于（包含）3Kg。包括載重固定水袋的配件，設(shè)計(jì)載重能力為1.5Kg。（2） 動(dòng)力方面：舵機(jī)和接收機(jī)可單獨(dú)供電，接收機(jī)電池不計(jì)入空機(jī)質(zhì)量。但接收機(jī)電池必須與太陽能電池在電路上進(jìn)行物理隔離。（3） 飛機(jī)采用滑跑方式起飛，

6、可借助其它代步工具。（4） 模型載重物只能用水。標(biāo)準(zhǔn)載重物質(zhì)量（包括容器）為0.1Kg及其整數(shù)倍，不足0.1Kg的超過部分質(zhì)量不計(jì)。2 .確定飛行雷諾數(shù)平飛時(shí)，20m高空下，8m/s的飛行速度，機(jī)翼沿氣流方向的特征長度取為弦長560mm。雷諾數(shù)的計(jì)算公式為：?=?其中？?分別為流體的密度，動(dòng)力粘度，？分別為流場的特征速度和特征長度。對(duì)外流問題，V,L一般取前方來流速度和物體主要尺寸。對(duì)于航空模型飛機(jī)，即飛機(jī)的平飛速度和機(jī)翼弦長。將空氣密度及其動(dòng)力粘度帶入上式公式，可得到用于航模飛機(jī)雷諾數(shù)計(jì)算的一個(gè)簡化公式如下：?=?1.46X10將太陽能飛機(jī)的飛行速度，弦長帶入得雷諾數(shù)？?=306880，?。?/p>

7、3?=300000,3 .機(jī)翼，平尾尾翼，垂尾尾翼及其舵面的設(shè)計(jì)計(jì)算（1） 機(jī)翼（1.（1） 的計(jì)算飛機(jī)總重取為m=3kg時(shí)，機(jī)翼的升力應(yīng)至少大于1.2倍的重力。?min=1.2?=1.2X3X9.8?=35.28?由升力公式：?=二?35.281-2x1.205=0.9149可得？?？?=?=?2?的考慮到飛機(jī)強(qiáng)度及電池鋪設(shè)方便，在翼弦上鋪三塊電池板，弦長取為?=?=560mm=0.56m,翼展b=4600mm=4.6m。因此機(jī)翼投影面積為:S=b?=4.6X0.56?2=2.576?2=2576000mm2因此升力系數(shù)：？?黑=0.3552在？3?=300000的條件下，由圖4中的表可知，

8、在迎角為1o時(shí)，其升力系數(shù)為0.3726,滿足平飛要求。因此平飛時(shí)的飛行迎角必須大于等于1o,這里迎角取為“=2.0°,其對(duì)應(yīng)的升力系數(shù)為？?=0.4644。a=2.0?=0.4644(1.2)副翼的計(jì)算副翼面積占機(jī)翼面積的20%左右，長度應(yīng)為機(jī)翼的3080%之間，視操縱靈敏度可適當(dāng)減少副翼面積。?翼=?=20%照=0.2X2576000?=515200?330%80%b=0.3-0.8X4600mm副翼寬度?布一(13803680)mm515200mm=(140373.3)mm(13803680)160mm?？紤]到太陽能電池片的尺寸，取副翼寬度為?fy?y則160=拓=布”?=即有

9、?fy1602所以£=獲=?=0.2857取？?fy=28.35%,則？=652X2=1304mm2貝U?y=7X28.35%=8.1%,即？私?=8.1%?=20656?(因不需要太靈敏)機(jī)翼一端的副翼長度為？=等=652mm,寬度為160mm。(1.3)載重量的確定?=0.4644時(shí),由？?=用計(jì)算得:?L=?0.4644X38.56X2.576?=46.129?自壬日cc'46.129載重量？=一3?=1.707?此時(shí)翼載荷=黑？?？=18.273?257.6(1.4)阻力及所需電機(jī)拉力的計(jì)算由平衡條件:定直平飛的條件，如圖?=?=?mg=?因此?=罷=mg?產(chǎn)2.0時(shí)

10、,?=?=0.4644,?=?=0.0073mgT?46.12964?=0.7251N=74g注：阻力系數(shù)修正系數(shù)，子3=5（需實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證），則實(shí)際：?=3硯=5X74g=由于機(jī)翼做工及機(jī)身阻力的影響，引入修正因370g,因此發(fā)動(dòng)機(jī)至少要提供370g的拉力。水平尾翼水平尾翼的面積應(yīng)為機(jī)翼面積的2025%,升降舵面積約為水平尾翼的2025%。（注：均為經(jīng)驗(yàn)公式，可根據(jù)實(shí)際情況做適當(dāng)調(diào)整）?=0.15X2576000?=386400?平尾寬度取為400左右，則長度？?=386400?=966mm，取1000mm升降舵采用全舵,0.2x386400mm2=77280mm2?=1000?貝U寬度=772

11、80mm=77.28mm,取為100mm。1000(3)(4)則實(shí)際平尾面積為400000mm2,占機(jī)翼面積的15.5%。垂直尾翼垂直尾翼的面積占機(jī)翼面積的10%左右，方向舵占垂直尾翼面積的25%左右。（注：均為參考）垂直尾翼面積？?=10%?=257600?9方向舵面面積？?=25%?=64400?3垂尾寬度取為400mm,則長為644mm方向舵的寬度為100mm機(jī)身長度，機(jī)頭長度，水平尾翼的安裝位置機(jī)頭長度<15%b=0.15X4600mm=690mm水平尾翼的安裝位置即為從機(jī)翼前緣到水平尾翼之間的距離即尾力臂的長度大致等于翼弦長度的3倍。（實(shí)際在做大翼展的飛機(jī)時(shí)，考慮到重心的配置，可能尾力臂長度會(huì)做適當(dāng)調(diào)整）因此？?？=3x560mm=1680mm（5） 上反角r兩端機(jī)翼即側(cè)翼的上反角取r=2。（6） 重心位置重心在前緣后25%30%平均氣動(dòng)弦長處，對(duì)于本飛機(jī)初步設(shè)計(jì)在距前緣30%處。根據(jù)上述參數(shù)繪制出的裝配圖如下：3. 機(jī)翼及尾翼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1. 機(jī)翼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1.1. 翼型的處理3.1.2. 機(jī)翼的傳力結(jié)構(gòu)連接方