【摘 要】
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小型太阳能无人机具有航时长,覆盖面积广,易发射和回收等优势,广泛应用于应急救援、巡检领域。传统的太阳能无人机采用单晶硅太阳能电池,限于其较差的抗变形属性难以适应高曲
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小型太阳能无人机具有航时长,覆盖面积广,易发射和回收等优势,广泛应用于应急救援、巡检领域。传统的太阳能无人机采用单晶硅太阳能电池,限于其较差的抗变形属性难以适应高曲率翼型,需要采用大展弦比结构设计以获得足够的铺设面积,导致机翼前缘面积不能得到有效利用。本文针对具有较高抗变形能力的CIGS薄膜太阳能电池设计一款小型轻质太阳能无人机飞行平台,并结合有限元分析对无人机关键结构进行优化设计,可进一步拓宽太阳能无人机设计思路和应用范围,主要研究内容如下:1.根据小型CIGS太阳能无人机性能参数和结构要求,设计了一款结构紧凑,拥有大翼面积,双垂尾气动布局的飞行平台。主翼通过Profili软件对多种翼型分析比较,确定了MH114高升阻比翼型,采用三段式近似梯形设计改善了机翼翼载性能。2.利用CATIA软件对机翼翼肋进行有限元分析,在约束条件下经过多次迭代,重新得到优化后翼肋减重孔分布,在5°迎角下,优化后的翼肋结构最大应力比传统圆减重孔增加2.1%,最大位移量比原设计增加16.7%,面积降低了47.5%,结构重量得到大幅减轻。然后利用Xflr5软件对整机进行了三维建模和仿真,研究了安装迎角对机翼气动性能的影响,并通过无人机各种飞行模态的时间响应分析,验证了无人机自稳定性。3.通过对CIGS太阳能电池阵列中各单元之间参数匹配对组合功率影响的研究,确定了不同连接方式下对阵列匹配影响最大的参数并给出相应匹配规则,使阵列组合功率损失降低8.3%。最后对验证机进行装配与飞行测试,有效续航时间延长2小时48分钟,可为低空太阳能无人机设计提供重要参考。
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