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中国太阳能无人机可持续飞数月性能全球前三!

归档日期:05-09       文本归类:德赖登      文章编辑:爱尚语录

  中国研制的“彩虹”太阳能无人机,翼展45米,可携带20公斤重载荷。理论上,它可在20公里高空持续飞行数月甚至数年。目前,该机已进行多次实地试飞。今年,该机将进行临近空间飞行测试!该机

  中国新华社刊文,称“彩虹系列”太阳能无人机,由中国航天空气动力技术研究院设计制造,其机翼与机身表面,布满了太阳能电池板,它采用电机带动螺旋桨方式推进。它的升限超过20公里,最大翼展45米,载荷能力为20公斤。目前,它的留空时间已大于24小时。

  中国航天空气动力技术研究院总工程师石文表示,这款太阳能无人机的问世,让中国成为继美国之后,是世界上第二个能够研制超长航时太阳能无人机的国家。仅从数据上来说,这是与美国NASA开发的系列长航时太阳能无人同级别的、世界上最大的太阳能无人机之一,其性能指标和技术能力,足以位列国际前三。

  目前,中国的这款“彩虹”太阳能无人机,已经进行了多次实地试飞,其未来改进型号,甚至具备连续飞行数月甚至数年的能力。

  石文介绍,所有太阳能无人机有一个共同特征,就是它们均采用太阳能作为动力源,即先将太阳能转化为电能,再用电能带动推进装置驱动无人机飞行。太阳能无人机,顾名思义,就是一种以太阳光能作为能源的无人机。白天,无人机依靠太阳电池的光电转换效应,为动力系统、航空电子设备及任务载荷提供能量,同时将多余的能量储存在蓄电池中。夜晚,无人机所用能源,则由蓄电池提供。

  太阳能无人机的最大优点是,它的续航时间长和巡航高度高,可在指定的地域高空持久飞行,并携带相关载荷,执行通讯中继、侦查监视、移动通讯、导航或视频广播服务等任务。

  美国谷歌公司等互联网巨头,正在策划用长航时无人机作为空中通讯基站,以保证偏远地区用户也能享受到流畅的网络服务。而中国这款新一代“彩虹”太阳能无人机的,因为具有超长飞行时间和超高空飞行能力,及具有易保障优点,它完全可以作为空中通信基站的载具,为4G/5G通信提供数据中继服务,也能够部分替代昂贵通信卫星的功能。在未来,它也有望执行长时间空中预警、大面积空中侦察以及灾害监测、气象观测、通信中继等任务。

  石文说,太阳能无人机通常采用大展弦比机翼,可升至20到30公里高度。这一空域大气稀薄,气象条件稳定,无人机的飞行因此可以更平稳。

  飞机的展弦比,是指机翼长度的平方除以机翼面积所得出的比例。采用大展弦比机翼有飞机,具有飞行高度高与能耗小优点。

  著名的美制U-2侦察机,就是一种采用大展弦比机翼的飞机,因而它也有杰出的高空飞行性能,能飞到27公里的高空,执行对地侦察任务。

  对一架太阳能飞机来说,其飞行高度越高,所需发动机功率就越大,对于太阳能电池的工作效率和飞机发动机的推进系统效率、机体结构与蓄电池组的轻质化等要求也就更高。

  在设计“彩虹”太阳能无人机的气动布局和翼型时,没有成熟的常规飞机设计模板可套用,必须通过风洞试验、模型验证、电脑计算等方式,来找出最优的气动布局。而中国在有人机、无人机气动布局的选型方面,恰恰具有深厚功底与实力,因而,中国的无人机设计师,很快为“彩虹”无人机找到了最佳气动布局。

  由于依靠太阳能提供的电力飞行,目前翼展60米量级的太阳能无人机,所能提供的有效载荷能力大致在50公斤量级。

  但就目前的技术而言,由于太阳能飞机所用太阳能电池将太阳光能转化为电能的效率不高,及太阳能飞机所用的蓄电池能重比不足。因而太阳能飞机所用的发动机推进能力有限。目前世界上在役与在研的太阳能无人机,其高空飞行速度一般在时速150到200公里之间。

  要提高太阳能无人机的性能,必须开发新型高效太阳能电池与高能量密度蓄电池。在这一方面,中国的整体实力,不亚于欧美日等国家,而在太阳能电池与高效蓄电池的产能上,则远超欧美日等国家,在价格上,则可以做到比欧美日的产品更低。

  大公网于2月8日发表该网记者刘凝哲的报道,称太阳能无人机是当今世界航空工业重点研究的新兴领域,美欧等国计划都将其作为高空长航时飞行平台。中国的太阳能无人机经过数十年研究,已取得重大进展。

  中国人民解放军陆军航空兵学院机载系兵器教研室讲师王准,在他所撰写的《太阳能无人机的发展现状及应用前景 》论文中称,在20世纪60年代,人类已开始尝试在飞行器上应用太阳能。目前正在研制太阳能无人机的国家有中国、美国、以色列、日本、英国、意大利、瑞士、俄罗斯等国。

  一是美国航空航天局(NASA)与美国埃罗维洛恩芒公司合研的“太阳神”无人机,该无人机采用太阳能推进技术,白天用太阳能供电,晚上用蓄电池供电。理论上,该机能在2万米高空,连续飞行6个月。

  二是美国德赖登飞行研究中心开发的“全球观察者”太阳能无人机。“全球观察者”可携带150公斤有效载荷,在2万米高空连续飞行30天以上。

  三是美国德赖登飞行研究中心推出的“重型起重机”太阳能无人机,它能够在18000米高空,携带10吨有效载荷,飞30天或更长时间。预计“重型起重机”于2018年上天。

  美军还在开发太阳能扑翼无人机。人类很早很早就幻想如鸟儿般用翅膀飞行了,却迟迟未能如愿。虽然后来有了飞机,但仍不是用翅膀飞行。而今,计算机技术和复合材料技术的发展正使人类的这个幻想越来越快地接近现实。

  美国军方正在与美国密苏里.罗拉大学联合研制一种太阳能扑翼无人机。它的机身上有太阳能收集器和太阳能电池板。当它收集了足够的太阳能时,它会像鸟儿那样拍动翅膀飞向高空;到了晚上,无阳光可采时,它就会像老鹰那样在空中滑翔,直到次日迎来朝阳。

  密苏里.罗拉大学教授伊萨克的说,太阳能扑翼无人机体积比老鹰稍大,翼展在3米左右。它的巡航高度在30到40公里之间。在这个高度上飞行的太阳能扑翼无人机,既可以在云层之上更多地收集太阳能,又能使自己避开敌方地面或空中的火力威胁。它的两翼可以按照需要每隔1到10秒钟扇动一下。它的最高时速将超过200公里,因此它能够迅速对地面和空中威胁做出反应。它可由地面控制人员指引飞行,也可通过机载传感器和导航装置独立飞行。凭借充分吸取和储存的太阳能,其续航时间可长达几个星期。

  而在太阳能无人机的研制方面,中国起步比较迟,但进步很快。中国广东珠海新概念航空器研究中心,是中国国内最早涉足太阳能无人机研制领域的公司。该公司通过“绿色先锋”项目,对太阳能无人机的关键技术进行了有益探索。

  专家认为,太阳能无人机,在民用与军用领域,都有着十分广阔的应用前景。在发生地震、洪灾或者森林火灾时,太阳能无人机可携带要关载荷,执行可以通信中继任务,使受灾地区与外界保持联络;它还能在台风上空飞行,以跟踪和检测暴风雨;此外,它还能到核爆现场采样,在预定空域长时间盘旋侦查敌情,校炮或者为战机指引攻击目标。

  (本文为原创作品。本文作者“楚人陈奇雄”先生,是武汉某报资深记者、军事版编辑、科技史爱好者。)

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