摘 要：高空长航时(HALE)太阳能无人机（UAV）在其工作机理上与传统动力飞机有明显不同，其主要特点在于其总体设计方式，而在方案的设计和选择上，必须仔细考虑对应的技术要点。本文介绍了高空太阳能无人机的总体结构和重量均衡原理，并从飞行动力要求、布局形式选择、飞行剖面、空间使用环境等几个角度对其进行了分析，得出了一些重要的结果，对实现高空太阳能无人机的整体设计及方案进行了深入的探讨。 关键词：高空；无人机；太阳能；长航时远程控制杀虫灯
引言
太阳能是一种取之不尽用之不竭的绿能源，对环境没有任何危害。近几年，太阳电池技术发展迅速，已经逐渐发展成一种新型的、能够支持人类社会可持续发展的新型能源。临近空间是比常规飞机的飞行高度更高、比轨道飞机的飞行距离更低的空间区域，通常把距离地球20-100公里的空域看作是临近空间。临近空间包含大气平流层的大部分区域（12~50公里），中间大气层（50至80公里）和部分电离层区域（60至100公里）。在近地表，由于太
阳光的辐射强度和气候因素的关系密切，在20公里以上的临近空间中，辐射强度与外层空间相近，所以，在临近空间飞行的太阳能无人机 UAV可以充分利用太阳能，连续飞行几个月甚至几年，是进行情报收集、侦查、监控、通讯等方面的最佳空中平台。
1太阳能无人机设计中的基本原则
1.1恒定质量原理
在飞行状态下，高空长航时太阳能无人机在空中的质量是恒定的，在正常的巡航状态下，其升力等于重力，拉力等于阻力。
秸秆腐熟剂当选择了飞行的对应巡航高度时，太阳能飞机的飞行速率是惟一的。所以，太阳能飞机的设计关键在于改进其气动力设计点的性能。
另外，当飞机的巡航高度越高，就必须在一定程度上提高其巡航速度，这样就可以确保太阳能飞机的空气动力利用率更高[1]。
1.2能源均衡原理
长航时临近空间作业中，太阳能无人机需要实现长时间的连续飞行航程，其最根本的要求就是，在白天内，所获取的太阳能必须要比飞机和其他装备一天一夜的能源消耗量高，如此周而复始，才能在长航时中航行几天甚至几个月。中午，太阳能飞机一边保持着飞行，一边向电池充电，在电池充满电之后，飞机向上上升，以提高能量获取率，直至吸收来的太阳能满足它的能量需求，然后向下下降，充分利用爬升积累的势能，下滑到特定高度后使用蓄电池中的电能继续前进，直到第2天可用的太阳能超过系统需求后再给蓄电池充电。
太阳能无人机的节能效果与其组件有很大关系，在考虑了所有过程中的能耗后，从太阳光能源的输入到推进飞机飞行，其能量利用率只有10%，所以，太阳能无人机的研发主要集中在各组件的效能上，以提高其整体效能[2]。
2总体设计需关注的若干要点
2.1动力装置功率需求
动力装置功率需求应当从太阳能飞机的基本飞行原理出发，推导太阳能飞机在平飞时所需要的能量。由于太阳能飞机的平飞所消耗的能量与其平飞速度的三次方成正比，所以要尽
可能地减少对动力的需求，就必须尽可能地减少其平飞的速率，这也是目前已经研制出的太阳能飞机运行的效率都很低的主要原因。
如果确定了太阳能飞机的设计质量和机翼面积，则要尽量减少平飞所用的动力，就必须尽量增加飞机的效率因子系数 CL/2/CD。 因此，在长航飞行过程中，每一架太阳能无人机所需要的能量，与飞机的空气动力、机翼载荷、空气密度等因素相关。同样情况下，随着机翼载荷的增大，对单位面积的动力要求也随之增大。所以，在太阳能飞机的研制中，应该尽量减少其翼载荷。
2.2气动布局选型设计
飞机的气动力效能主要取决于飞机的布局方式，包括太阳能无人机。适合于临近空间飞机的各种气动布置方式有多种。传统的布置方案具有较好的可行性，同时，具有较高的气动效能，采用双支柱布置的平面尾部上翼，易于实施串联布置， V型尾部布置简单。针对大展弦比翼变形大、气动弹性大等难以解决的问题，近几年长航时太阳能无人驾驶飞机大多是基于传统的设计方案进行的。
太阳能无人机在临近空间中进行长途飞行时，主要用于侦查、通讯等方面的工作，其翼面通常要覆盖大量的太阳能板，以保证飞行任务和电力供应。
由于太阳能无人飞机的飞行升力系数较大，因此必须尽量降低飞机的空气诱导阻力，以改善其飞行性能。因此，在低速下，必须使用较大的张弦率，以减小在较低的速度下的诱导阻力，进而增加升阻比率。
大部分大型的太阳能无人驾驶飞机都是在翼展上分布动力系统的，比如美国的“太阳神”无人驾驶飞机，它有14套动力设备。该分布式电源不仅能解决飞机对功率设备的总体要求，而且能减少单个机组的功率要求，而且还能减少单个机组在机翼上所带来的负荷，以及在发生单一事故的时候，增加了飞机的安全性能[3]。
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2.3飞行剖面设计优化
沟槽式管接头在临近空间中进行长时间航行的太阳能飞机的剖面设计需要优化。在白天，为了更好的吸收太阳光线，提高了飞行中的能量，平飞飞行。而在午后高空由于太阳辐射不能保持平飞行时，无人机的飞行高度会逐步降低，而在滑行期间，发动机几乎没有能源损耗。夜间无阳光时，可在低空平飞，降低飞行所需要的能量，降低对电池的需求。
可见，在白天，太阳能飞机上升得愈高，飞机储存的势能愈大，下降的时间也就越长，夜间的飞行所需要的电量也愈少。而从另一个角度来看，随着攀爬的距离和攀爬的次数越多，所需要的能源也越多。所以在夜间，太阳能飞机的飞行高度应该合理地考虑到昼夜的能源均衡，并对飞机剖面进行合理的优化。
uc3907太阳能无人驾驶飞机的下降速度主要依赖于其在日间的飞行高度，而在晚上的飞行高度则是次要的。从能源消耗的观点来看，晚上的飞行高度愈低愈好，不过最后的高度则与太阳能飞机的任务有关，事实上，在实际情况中，晚上的巡航高度也与执行任务时所要求的高度有关，而在高空中，无线及其它光电子设备会笼罩范围更广。此外，还需要根据地形、风力、风向等情况来具体确定其设计。
2.4临近空间使用环境影响
环境特征主要表现为：大气相对稀薄，环境压力低，风速变化大，昼夜温度变化大，臭氧浓度高，日照强度大等。特定的应用条件对飞机的整体技术设计和应用有很大的不同。比如，当飞行高度越高，空气密度越低，飞行所需要的动力就越多。
3结语
刮刮卡制作综上所述，在临近空间飞行时，太阳能无人机需要实现长时间的连续飞行航程，其最根本的要求就是，在白天内，所获取的太阳能必须要比飞机和其他装备一天一夜的能源消耗量高，如此周而复始，才能在长航时中航行几天甚至几个月。因此对无人机进行整体设计上的优化是非常必要的，同时为了保证长航时飞机的长航时设计目的，必须在飞机的总体设计中充分考虑到昼夜飞行的不同。
参考文献
[1]项东敏. 搭载红外热成像无人机在新能源发电设备中的应用[J]. 黑龙江科学,2022,13(04):68-69.
[2]夏沐清. 荷兰:混合氢能源无人机成功试飞[J]. 兵器材料科学与工程,2021,44(01):46.
[3]韩小平,张学峰,孙义君. 提高天狼星无人机在新能源测图中的效率[J]. 电力勘测设计,2019,(08):1-4+29.
