КОНСОЛЬ КРЫЛА ПЛАНЕРА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА, ИСПОЛЬЗУЮЩЕГО В ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКЕ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к области воздухоплавания, а именно к конструкции планеров летательных аппаратов, в частности, к конструкции летательных аппаратов, использующих в качестве силовой установки электродвигатели, работающие на энергии, получаемой от фотоэлектрических преобразователей (солнечных батарей).
Фотоэлектрические преобразователи, используемые в энергетической установке летательного аппарата, предназначены для преобразования энергии солнечного излучения в электрическую энергию и использования ее для питания электрических двигателей, бортового оборудования, а также заряда аккумуляторов летательного аппарата.
Уровень техники
Из уровня техники известно множество летательных аппаратов, использующих в качестве энергетической установки возобновляемую систему электропитания на основе солнечных батарей, состоящих из фотоэлектрических преобразователей (ФЭП). Как правило, солнечные батареи располагают на поверхности несущих, стабилизирующих и/или управляющих частей планера, а также на фюзеляже летательного аппарата.
Из заявки на выдачу патента на изобретение US 20060278757 A1, МПК B64C 37/02, опубл. 14.12.2006, известна двухмоторная модель самолета, выполненная из полимерных композиционных материалов. На известной модели самолета установлены электродвигатели, питание которых осуществляется от элементов солнечных батарей, расположенных на верхней поверхности крыла.
Недостатком такого решения является невозможность максимизации получаемой от Солнца энергии, ввиду установки фотоэлектрических преобразователей под неоптимальными углами к солнечным лучам, обусловленными геометрией конструкции планера ЛА.
Из публикации US 5810284 A, МПК B64C 3/10, опубл. 22.09.1998 известен многомоторный самолет, использующий в качестве источника электрической энергии энергию, вырабатываемую солнечными батареями. Многомоторный самолет выполнен по схеме летающее крыло, состоящее из пяти секций. В конструкции использованы легкие древесные породы, вспененные полимерные материалы и полимерные композиционные материалы. Часть обшивки выполнена из тонкой полимерной пленки.
Недостатком такого решения является невозможность максимизации получаемой от Солнца энергии, ввиду установки фотоэлектрических преобразователей под неоптимальными углами к солнечным лучам, обусловленной геометрией конструкции планера данного многомоторного самолета.
Из уровня техники также известен летательный аппарат, использующий в качестве источника электрической энергии солнечные батареи. В публикации патента US 4133501 A, МПК B64G 1/22, опубл. 09.01.1979 раскрыта панель солнечной батареи, предназначенной для космического летательного аппарата, выполненная в виде единой упругодеформируемой детали. Указанная панель устанавливается либо в свернутое изогнутое положение под напряжением с прилеганием к наружной выпуклой поверхности космического летательного аппарата, либо в развернутое плоское положение, при котором она выступает из наружной поверхности, причем переход из изогнутого свернутого положения в развернутое положение осуществляется благодаря упругому расширению панели солнечной батареи. В свернутом изогнутом положении панель солнечной батареи удерживается прижатой к наружной поверхности космического летательного аппарата с помощью замков, установленных на этой поверхности.
Недостатком такого решения является невозможность максимизации получаемой от Солнца энергии, ввиду установки фотоэлектрических преобразователей под неоптимальными углами к солнечным лучам, обусловленными геометрией конструкции планера летательного аппарата.
Наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели является летательный аппарат, использующий в качестве источника электрической энергии солнечную энергию (см. патент US 7762495 B2, МПК B64C 3/00, опубл. 27.07.2010). Летательный аппарат, являющийся прототипом предлагаемой полезной модели, имеет несущие и управляющие поверхности с большим удлинением, двигательную установку и дополнительные подвижные панели с фотоэлектрическими преобразователями, установленными в хвостовой части планера, с возможностью вращения их вокруг хвостовой балки. В процессе полета панели с фотоэлектрическими преобразователями по возможности занимают перпендикулярное солнечным лучам положение, обеспечивая тем самым получение максимальной мощности преобразовываемого солнечного излучения.
Применение дополнительной панели с фотоэлектрическими преобразователями отрицательно сказывается на траектории полета летательного аппарата, т.к. необходимо выдерживать прямой угол падения солнечных лучей на нее, а также применение дополнительной панели ухудшает летно-технические характеристики. Дополнительная панель увеличивает массу летательного аппарата и его сопротивление. Помимо этого, дополнительная панель с фотоэлектрическими преобразователями обладает значительной парусностью, что при наличии бокового ветра вызывает необходимость полета со скольжением для обеспечения сопротивления отклонению летательного аппарата от заданной траектории полета.
Сущность полезной модели
Задачей, решаемой заявленной полезной моделью, является размещение панелей фотоэлектрических преобразователей (элементов солнечных батарей) внутри конструкции планера летательного аппарата, с обеспечением возможности их поворота для получения энергии в наиболее широком диапазоне углов падения солнечных лучей, при обеспечении минимизации пространства, занимаемого фотоэлектрическими преобразователями, и, не оказывая при этом отрицательного влияния на летно-технические характеристики летательного аппарата.
В предлагаемом решении обеспечивается возможность изменения углов установки панелей фотоэлектрических преобразователей относительно конструкции планера летательного аппарата, что позволяет получать солнечную энергию в наиболее широком диапазоне углов падения солнечных лучей.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в максимизации получаемой солнечной энергии в наиболее широком диапазоне углов падения солнечных лучей.
Достижение указанного технического результата обеспечивается за счет поворота панелей фотоэлектрических преобразователей для получения энергии в наиболее широком диапазоне углов падения солнечных лучей, при минимально возможном занимаемом панелями фотоэлектрических преобразователей пространстве, а также за счет отсутствия отрицательного влияния на летно-технические характеристики летательного аппарата, по меньшей мере две консоли крыла которого содержат фотоэлектрические преобразователи, силовой поперечный и силовой продольный наборы консоли крыла, а также обшивку, причем фотоэлектрические преобразователи установлены внутри конструкции консоли крыла, и размещены с возможностью поворота вокруг оси, при этом обшивка консоли крыла выполнена прозрачной, а поперечный и продольный силовые наборы консоли крыла покрыты светоотражающим материалом.
Краткое описание чертежей
Детали, признаки, а также преимущества настоящей полезной модели следуют из далее приведенного описания примеров реализации заявленного летательного аппарата, с использованием чертежей (фиг. 1-5).
На фиг. 1 показан общий вид консоли крыла.
На фиг. 2 показано сечение конструкции планера, вид на силовой элемент (лонжерон крыла).
На фигурах позициями указаны следующие элементы:
1 - верхняя прозрачная обшивка консоли крыла;
2 - нижняя прозрачная обшивка консоли крыла;
3 - лонжерон передний консоли крыла;
4 - лонжерон задний консоли крыла;
5 - нервюры;
6 - фотоэлектрические преобразователи;
7 - тросы поворотные;
8 - поворотные ролики;
9 - узлы навески фотоэлектрических преобразователей;
10 - консоль крыла.
Раскрытие полезной модели
Предлагаемое решение (см. фиг. 1) заключается в размещении панелей фотоэлектрических преобразователей внутри конструкции планера, например, внутри консоли крыла.
Консоль крыла (10) планера летательного аппарата выполнена по двухлонжеронной схеме и состоит из верхней (1) и нижней (2) обшивок, силового продольного и силового поперечного наборов. К элементам продольного набора относятся передний (3) и задний (4) лонжероны, к поперечному - нервюры (5).
Верхняя поверхность консоли крыла выполнена в виде обшивки (1), представляющей собой тонкую полимерную прозрачную пленку, через которую солнечные лучи попадают на фотоэлектрические преобразователи (6). Обшивка консоли (1) крыла также выполняет функцию защиты фотоэлектрических преобразователей от воздействия внешних факторов.
Нижняя поверхность консоли крыла (10) выполнена в виде обшивки (2), представляющей из себя тонкую полимерную прозрачную пленку для дополнительного освещения нижней поверхности фотоэлектрических преобразователей (8), а также защищающей фотоэлектрические преобразователи от воздействия внешних факторов.
Фотоэлектрические преобразователи (6), выполнены двухсторонними, т.е. обеспечивают возможность получения солнечных лучей с обеих сторон. Благодаря такому выполнению, фотоэлектрические преобразователи (6) могут преобразовывать энергию солнечного излучения в электроэнергию как от солнечных лучей, падающих сверху или сбоку, так и от лучей, отраженных от земной поверхности, облаков, зеркальной поверхности продольного и поперечного силового набора.
Фотоэлектрические преобразователи (6) являются источниками электроэнергии, необходимой для многочасовой непрерывной работы электросиловой установки, бортового оборудования, рулевых приводов, заряда бортовых аккумуляторных батарей, полезной нагрузки и т.д.
Элементы продольного силового набора и поперечного силового набора выполнены по принципу ферменной конструкции. Для минимизации теневых потерь силовой продольный и силовой поперечный наборы предлагаемой консоли крыла летательного аппарата покрыты светоотражающим материалом или составом, таким как зеркальная пленка, краска и т.п.
Крепление панелей фотоэлектрических преобразователей (6) к конструкции консоли планера осуществлено посредством шарнирного соединения, расположенного в узлах навески (9) фотоэлектрических преобразователей (6) (см. фиг. 2), обеспечивая, таким образом, необходимую степень свободы того или иного фотоэлектрического преобразователя (6). Узлы навески (9) фотоэлектрических преобразователей установлены на силовом наборе консоли крыла, в данном случае на переднем и заднем лонжероне.
Управление панелями фотоэлектрических преобразователей (6) производится при помощи тросов (7) и системы поворотных роликов (8). Тросы (7) закреплены, в свою очередь, с двух сторон к каждой панели фотоэлектрических преобразователей (6). Путем натяжения того или другого троса (7) производится изменение положения панели фотоэлектрических преобразователей (6) относительно солнечных лучей. Натяжение тросов (7) производится приводом (например, на основе электродвигателя) через поворотные ролики (8).
Помимо управления положением, описанная система тросов может использоваться как часть коммутационной сети, объединяющей между собой панели фотоэлектрических преобразователей.
Изменение углов установки панелей фотоэлектрических преобразователей осуществляется автоматически по командам от системы автоматического управления летательного аппарата, формируемым, в свою очередь, в зависимости от текущих географического места нахождения, времени года, высоты и направления полета летательного аппарата. Кроме того, поворот панелей фотоэлектрических преобразователей осуществляется таким образом, что исключается затенение ими друг друга.