航空工業(yè)打造超大號太陽能無人機

我們打造了一架超大號無人機，而且是太陽能的！

近日，由航空工業(yè)一飛院設計研發(fā)的20米翼展“啟明星”太陽能無人機大尺寸技術驗證機完成首飛，這是繼該機10米翼展技術驗證機完成長航時試飛驗證之后的又一突破。

“啟明星”太陽能無人機

20米翼展技術驗證機，具有20000米以上巡航高度和連續(xù)留空飛行能力，全機采用復合材料結構，利用太陽能作為動力，可進行超長航時全天候飛行，在環(huán)境監(jiān)測、局部通信、海事活動等領域有著非常巨大的市場前景。

作為進軍長航時無人機領域的重點項目，“啟明星”依托航空工業(yè)在大型飛機設計領域的雄厚基礎和優(yōu)勢資源，早在2016年就成功研制了10米翼展技術驗證機，通過近兩年對高效氣動布局、輕質結構和能源綜合管理系統(tǒng)等關鍵技術的深化驗證，以及自主飛行、全系統(tǒng)驗證試飛、長航時試飛等試飛科目持續(xù)開展，于2018年9月實現(xiàn)了長航時連續(xù)飛行。

太陽能無人機≠無人機+太陽能電池板

太陽能無人機是以太陽輻射為能源，結合蓄電池，實現(xiàn)高空長航時飛行的飛行器。在白天，太陽輻射通過太陽能電池板轉換為電能，一部分用于飛行，一部分儲存在蓄電池中；在夜間，通過蓄電池釋放的電能繼續(xù)驅動飛機飛行，依次往復，就能實現(xiàn)不間斷的飛行。

雖說，太陽能無人機上所使用到的太陽能電池板，原理上與日常民用的普通太陽能電池板一樣。

但這并不意味著，太陽能無人機的研發(fā)會難度小了些，并非是簡單的“無人機”+“太陽能電池板”。

因為要滿足更高的轉換效率、曲面鋪設、超輕密度、跨高低溫工況等特殊需求，太陽能無人機上的太陽能電池板要有著更高的性能要求，從設計、制造、維護多方面都需要攻克一系列新的工程技術問題。包括說，太陽能無人機上的蓄電池也同樣如此，要能量密度更高、環(huán)境要求更高、可靠性要求更高，這同樣都需要科研人員進行大量的技術攻關。

太陽能無人機的總體設計還要解決：布局形式、太陽能電池板鋪設、蓄電池布置、電機和螺旋槳的推進效率、任務載荷、如何減小飛行阻力、如何更平穩(wěn)飛行以及航跡規(guī)劃等方面的一個又一個技術新挑戰(zhàn)。不僅如此，太陽能無人機的結構設計要很輕又要很結實，那么，在制造環(huán)節(jié)上如何制造出如此大尺寸的復合材料機體？

▲今年7月完成總裝的“啟明星”太陽能無人機

“啟明星”的超輕結構正是關鍵技術之一。航空工業(yè)一飛院在超輕結構設計方面取得重大突破，滿足了幾乎不可能實現(xiàn)的重量指標。比如超輕機翼結構，翼展20米，弦長1.1米，與機身、短艙、起落架都有重要連接接頭，但總重量僅18.9千克，一個成年人就可以輕松舉起一副20米的機翼。

馭光飛行

大尺度、高裝載、長航時

太陽能無人機

▲“啟明星”太陽能無人機10米翼展技術驗證機試飛

通過大尺寸（20米翼展）技術驗證機的研制和首飛，開展大量的地面試驗和風洞試驗，設計制造不同尺寸的縮比驗證機對設計及試驗結果進行驗證，進一步掌握了大型太陽能無人機的設計、制造、試驗和飛行驗證關鍵技術，建立了科學完備的設計、計算和試驗方法，獲得大量的工程設計經(jīng)驗和飛行數(shù)據(jù)，為后續(xù)大型全尺寸太陽能無人機研發(fā)奠定了堅實的基礎。

“啟明星”太陽能無人機，具有完全自主知識產(chǎn)權，其綜合性能達到國內先進水平，是航空工業(yè)在大型無人機研制領域部署研發(fā)的重要創(chuàng)新成果，填補了航空工業(yè)在大型太陽能無人機研制領域的研究空白。后續(xù)，航空工業(yè)將以“啟明星”為基礎，持續(xù)深化該領域的相關研究，向研發(fā)大尺度、高裝載和長航時的先進太陽能無人機方向大步邁進。