高空太阳能无人机总体设计要点分析
长航时太阳能无人机的设计资料
长航时太阳能无人机的设计优化ETHZ讲座会议飞机和航天器系统设计，建模与控制一．引言若干年前，能够依靠太阳能动力实现连续飞行一直是个梦想，但是现在这个梦想已经成真。
事实上，在在柔性太阳能电池板、高能量密度的电池、小型化MEMS与CMOS传感器以及强大的处理器等领域已经取得显著进展。
其实太阳能飞机的原理很简单，装有太阳能电池板的机翼在太阳光的照射下获得电能，将能量用于螺旋桨推进系统，控制电路，并将剩余的电能用蓄电池储存起来。
当夜晚来临的时候，将白天储存在电池里的电能慢慢释放用于驱动飞机各系统直到第二天太阳升起。
尽管如此，对于飞机的优化和整合以及技术方面的努力是必要的。
主要的工作是将不同功能的部件尽量能以相同的标准考量。
例如飞机的续航时间，就是一个需要综合考量的因素。
在2004年，洛桑联邦理工学院/苏黎世联邦理工学院的自主实验室与欧洲航天局共同提出了“Sky-Sailor”这个项目。
这个项目是通过学习和研究自主导航控制的太阳能无人机在地球表面的飞行来验证火星专用版本的可行性。
本次讲座介绍的方法，用于全球范围内设计，旨在实现在地球上能够连续飞行的太阳能飞机。
这种方法最早用于Sky-Sailor 项目，但是对于从几百克到翼展几十米的高空长航时无人机仍然具有通用性。
1.太阳能飞机的历史1.1太阳能航空模型飞机概述世界上首架太阳能飞机于1974年11月4日，在美国加利福尼亚州试飞，飞机名叫“Sunrise I”，由来自于Astro Flight 公司的R.J. Boucher设计。
飞机在100m左右的高度飞行了大约20分钟。
它的另一个改进版本“Sunrise II”很快被设计制造出来并且在1975年9月12号首飞，第二架飞机使用了新的太阳能电池板，比第一架飞机上的电池板效率高出14个百分点，总功率高达600W。
Helmut Bruss 和Fred Militky是在欧洲范围内第一个吃螃蟹的，在1976年8月16日，他们的模型“Solaris”在150秒内连续三次爬升到50m的高度[3].很久以来,许多设计制作飞机的人都尝试让飞机依靠太阳能飞行，这些想法变得越来越可行。
高空无人机系统设计与优化
高空无人机系统设计与优化高空无人机（HAPS）是近年来兴起的一种新兴的无人机技术，其在军事、民用、科研等领域都有着广泛的应用，尤其是在高海拔地区的通讯、气象、地质勘探等方面具有巨大的优势。
但是，随着技术的不断改进，HAPS的设计与优化也越来越复杂和困难。
因此，如何进行有效的HAPS系统设计和优化是目前研究的热点之一。
一、HAPS系统概述HAPS是一种高空机载无线通信和机载计算机技术的智能平台，其主要应用于高海拔和高辽阔区域的通信、气象、地貌、环境监测与探测等领域。
HAPS系统包括飞行器、地面终端设备和卫星终端设备。
飞行器部分包括机身、传感器、数据采集和数据传输系统。
机身采用翼展大、载重量轻、耐风能力强的设计，以满足高海拔、高风速、复杂地形等复杂环境下的需要。
传感器包括气象仪器、环境监测探测仪器、通信设备等，它们通过数据采集和数据传输系统与地面终端和卫星终端设备进行通信和数据交换。
地面终端设备主要包括用户终端、控制设备和数据分析处理设备。
卫星终端设备主要包括卫星数据收发系统和数据分发处理系统。
整个系统通过无线通信技术实现信息传输，具有高效率、快速、可靠的特点。
二、HAPS系统的设计流程HAPS系统的设计过程包括需求分析、技术性能评估、设计方案确定、样机制造、系统测试、维护与更新等步骤。
其中，需求分析和技术性能评估是设计的前期工作，而设计方案的确定和样机制造是设计的核心工作，系统测试和维护与更新是设计的后期工作。
1. 需求分析需求分析是指对HAPS系统的功能、技术、适应性等进行分析研究，确定实现的目标和指标。
需求分析需要结合系统应用场景、环境特点和用户需求等来确定。
基于需求分析的结果，可以制定设计方案，并开始对技术性能进行评估。
2. 技术性能评估技术性能评估是指对HAPS系统设计方案的技术可行性、系统性能、预测效果和成本效益等进行评估。
通过技术性能评估，可以发现和解决设计方案中的潜在问题，制定优化设计方案。
无人机总体设计报告
图 1.4 任务剖面 运动模式示意图如下：
9
图 1.5 垂直起降及模式转换 在此模式下， 无人机机翼呈“十” 字状， 机械结构锁死使机翼固 定， 而后螺旋桨的旋转轴方向与上翼面垂直， 拉力方向垂直于上翼面， 逐渐增加拉力从而使飞行器垂直起飞， 垂直降落模式拉力逐渐减小从 而使飞行器降落。
图 1.6 平飞爬升
1
目录 前言 .................................................................................................... 4 第一章 总体设计与分析 .................................................................... 5 1.1 概念介绍................................................................................ 5 1.2 设计背景................................................................................ 5 1.3 设计定位................................................................................ 6 1.4 设计灵感................................................................................ 7 1.5 结构外形................................................................................ 8 1.6 运动模式................................................................................ 9 第二章 气动布局设计与分析 ........................................................... 12 2.1 背景介绍.............................................................................. 12 2.2 主要设计思想 ...................................................................... 12 2.3 设计过程（矩形机翼） ....................................................... 12 第三章 结构设计与分析 .................................................................. 16 3.1 设计要求.............................................................................. 16 3.2 参考方案.............................................................................. 16 3.3 分析与选择.......................................................................... 18 第四章 能源、推进设计与分析 ....................................................... 20 4.1 相关资料.............................................................................. 20 4.2 任务分析.............................................................................. 21 4.3 能源可行性论证 .................................................................. 21 第五章 动力学分析与飞行控制 ....................................................... 23
太阳能无人机
引言航空航天技术是20世纪初以来世界上发展最引人注目的技术之一。
现代飞机发动机使用的能源仍然是传统的石油产品“航空汽油”(用于航空活塞式发动机)和“航空煤油”(用于涡轮喷气发动机)。
飞行于空中的航空发动机耗油量之大非常惊人，如波音747客机每小时耗油11吨。
如果波音747从哈尔滨飞到广州，耗油约50吨。
除了对有限的石油资源的大量消耗之外，喷气发动机残余物对大气的污染、噪声对生活环境的干扰也是严重的问题。
人们正在寻求航空新的绿色能源，例如太阳能用于飞机为航空能源提供了一条崭新的途径。
太阳能飞机可不耗一滴油完成长时间的飞行，并且低成本，可以无偿地获得能源。
1 太阳能电池早在一百多年前，人们就开始研究光能产生电的效应。
太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。
1958年美国研制成第一块n/p型单晶硅太阳能光伏电池，并用于卫星的供电。
太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，光生空穴由n区流向p区，光生电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。
这就是光电效应太阳能电池的工作原理(图1)。
太阳能电池的制作需一个复杂的过程(图2)，由于晶体硅太阳能电池转换效率高、工作稳定性、寿命长、技术发展成熟等优异特性，目前光伏市场上应用量最多。
无人机对于太阳能电池在重量、厚度、柔性和效率方面提出了更高的要求。
2 太阳能无人机的产生早在20世纪中叶人们就寻求设计一种以太阳辐射作为推进能源的飞机。
太阳能飞机的动力装置由太阳能电池组、直流电动机、螺旋桨和控制装置组成。
由于太阳辐射的能量密度小，为了获得足够的能量，飞机上应有较大的摄取阳光的表面积，以便铺设太阳电池。
世界上首架太阳能无人机由美国AstroFlight公司R.J. Boucher 设计，无人机名叫“Sunrise I”。
该机总重量为27.5Ibs，翼展32ft，共使用了4096块太阳能电池板，功率为450W。
无人机本科毕业设计题目
无人机本科毕业设计题目摘要：1.无人机概述2.无人机本科毕业设计选题方向3.无人机设计要点与实践建议4.案例分析5.总结与展望正文：随着科技的不断发展，无人机作为一种新兴技术，在我国得到了广泛的关注和应用。
无人机本科毕业设计题目也因此备受青睐。
本文将从无人机概述、本科毕业设计选题方向、设计要点与实践建议等方面进行探讨，以期为大家提供有益的参考。
一、无人机概述无人机（Unmanned Aerial Vehicle，UAV）是一种无需人驾驶、依靠自主控制系统完成飞行任务的航空器。
它具有高度的智能化、自动化和远程控制特点，可广泛应用于军事、民用、商业等领域。
无人机系统主要包括飞行器本体、动力系统、导航与控制系统、通信与数据链路系统、任务载荷系统等。
二、无人机本科毕业设计选题方向1.无人机总体设计：根据实际需求，对无人机进行总体设计，包括气动布局、结构设计、性能分析等。
2.无人机控制系统设计：研究无人机控制算法，设计稳定、可靠的飞行控制系统。
3.无人机导航与定位技术：研究无人机导航定位算法，提高无人机在复杂环境下的自主飞行能力。
4.无人机通信与数据链路技术：研究高效、稳定的通信链路设计，保证无人机远程控制与实时数据传输。
5.无人机任务载荷设计与应用：根据不同任务需求，设计相应的任务载荷，如摄像头、雷达、红外探测器等，并实现与无人机的集成。
6.无人机飞行性能优化与调整：研究无人机飞行性能的提升方法，如节能飞行策略、自动避障技术等。
7.无人机飞行安全与监控：设计无人机飞行安全监控系统，确保无人机飞行安全。
8.无人机集群战术与应用：研究无人机集群作战策略与协同作战技术。
三、无人机设计要点与实践建议1.注重实用性：设计无人机时，要充分考虑实际应用场景，使无人机具备较强的实用价值。
2.关注创新性：在设计过程中，积极寻求新技术、新方法的应用，提高无人机的技术水平。
3.确保可靠性：无人机设计要注重系统冗余设计，保证无人机在出现故障时仍能正常执行任务。
太阳能无人机空中起飞设计
摘 要：通常情况下，太阳能无人机从地面起飞需要消耗大量能量，必须携带质量较大的电池组，很大程度上
降低了无人机的续航能力。基于此设计了无人机空中起飞系统，该系统由地面控制台、升空动力模块、传感器
模块、空中定位及位置保持模块、起飞弹射系统和空中滑跑辅助系统组成。通过理论推导构建物理模型，对比
了空中起飞和地面起飞的能量消耗，从而得出无人机空中起飞的方案。
收稿日期：2019 - 06 - 12 作者简介：雷安旭（1987— ），男，实验师，硕士，研究方向：航空器、无人机的飞行控制和电工电子实验教学。
2019 年第 5 期
雷安旭，等：太阳能无人机空中起飞设计
431
பைடு நூலகம்
跑道携带至太阳能充足的平流层指定位置，太阳能无人机在空中跑道上起飞，由弹射装置给无人机提 供起飞的初始速度。此方案能减少无人机电池携带量，使无人机携带更多的功能性设备，并有效减少 太阳能无人机爬升至平流层的失事率。
0 引言
自 20 世纪 80 年代美国研制出世界第一架太阳能无人机——太阳挑战者以来，太阳能无人机因其 能源普遍、节能环保等优势被广泛应用。在关于太阳能无人机的相关研究 中 ［1-3］ ，除了关于总体设计和 控制方式方面的讨论，其续航能力颇受关注。受目前太阳能电池板发展的限制，在相同起飞重量的情 况 下 ，无 人 机 由 地 面 起 飞 需 克 服 自 身 重 力 爬 高 至 平 流 层 巡 航 飞 行 ，需 要 携 带 质 量 较 大 的 电 池 组 ，减 少 了其他设备的携带量。孙蓉等［4］对小型固定翼飞行器自主起飞控制系统进行了相关的探索；王彦广等［5］ 对 平 流 层 的 飞 行 器 做 了 相 关 梳 理 ；黄 宛 宁 等［6］对 浮 空 器 在 应 急 通 讯 下 的 工 作 模 式 进 行 了 相 关 研 究 ； GHOSH 等［7］对浮空器太阳能发电平台做了相关研究，解决了浮空器能源问题；马威等［8］对无人机海上 起飞平台做了相关探索。基于以上研究成果，为减少太阳能无人机克服自身重力做功所需要的能量， 笔者提出了一个新的设计方案——太阳能无人机空中起飞。该设计方案利用热气球等浮空器将起飞
太阳能无人机总体设计研究
分类号密级公开U D C学位论文太阳能无人机总体设计研究研究生姓名：刘博学科专业名称：通用航空飞行器设计与制造研究方向：无人机系统及应用论文类型：应用研究申请学位：工学硕士指导教师姓名：张利国指导教师职称：教授指导教师单位：沈阳航空航天大学论文提交日期：2018年01月14日论文答辩日期：2018年03月14日沈阳航空航天大学2018年03月SHENYANG AEROSPACE UNIVERSITYTHESIS FOR MASTER’S DEGREE RESEARCH ON THE OVERALL DESIGN OFSOLAR UA VCandidate: Bo LiuSupervisor: Liguo ZhangSpecialty: General Aviation Aircraft Design AndManufactureDate: March ,2018摘要太阳能无人机因其节能环保、续航时间长、可以低空飞行无噪声，被世界各个科研机构和高校进行重点研究。
作为续航能力的关键，解决能量利用率和飞机气动效率极为重要，这些问题也是太阳无人机的关键技术。
随着科技的进步，能量转化率提高、能量密度的提升、各种先进的复合材料出现，作为清洁能源，并且能高空长航时飞行的太阳能无人机，将会是未来的重点研究方向。
在整个太阳能无人机研发过程中，必须要有大展弦比的机翼来提供良好的滑翔性能和铺设大面积的太阳能电池片。
大展弦比气动布局在很多太阳能飞机上都正在采用，但是这种布局会带来相应的稳定性和控制性的不足。
通过特别的前置鸭翼和翼身融合将会解决大展弦比机翼带来的种种缺点。
本文根据设计目标进行了一种新的气动布局设计，提出了前置鸭翼和翼身融合的布局方式，完成了总体设计、用CFD软件模拟分析气动特性、完成了飞机总体布置、各项飞行性能计算分析并得到该设计的三维模型。
最后为该太阳能无人机设计了专属的飞行姿态稳定控制系统控制方案。
关键词：太阳能无人机，鸭翼，CFD，飞行性能AbstractSolared unmanned aerial vehicle (UA V) is key researched by scientific research institutions and universities in the world, because it is energy saving and environmental, much longer, low altitude flying and noiseless. It will be the key research direction in the future that a solared UA V capable of flying at a high altitude with the progress of science and technology, the increase of energy conversion rate and the increase of energy density and the appearance of various advanced composite materials.In the development process of the whole solar UA V, here must be a large aspect ratio wing to provide good gliding performance and the laying of large area solar cell. The large aspect ratio pneumatic layout is being used in many solar aircraft, but this layout will bring about a corresponding lack of stability and control. It will solve the problem of the high aspect ratio, through the special duck wing and fusion of wings and fuselage. In this paper, a new aerodynamic layout design is carried out on the basis of the design target, the layout of the fusion of the front duck wing and the wing body is put forward, complete the overall design, The simulation analysis is carried out by using CFD software, complete the overall layout of the aircraft, calculation and analysis of various flight performance and a three-dimensional model of the design. Finally, a special control scheme for the flight attitude stabilization control system is designed for the solar UA VKeywords: solar UA V; duck wing; CFD; flight performance目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章绪论 (1)1.1研究背景与意义 (1)1.2国内外相关研究进展 (2)1.2.1国外太阳能飞机发展史 (2)1.2.2国内太阳能飞机发展史 (5)1.3太阳能飞机总体设计研究状况 (8)1.4论文主要研究内容 (9)第2章太阳能飞机总体设计 (10)2.1太阳能飞机简要设计过程 (10)2.2主要参数估算 (10)2.3翼型选择 (12)2.4动力系统选择 (13)2.5总体布局设计 (14)2.5.1总体外形设计 (14)2.5.2翼梢小翼设计 (15)2.6操纵面设计 (16)2.7太阳能无人机三维建模 (16)2.8本章小结 (17)第3章飞机飞飞分析 (18)3.1CFD简介 (18)3.2前处理 (18)3.3边界条件参数设置 (20)3.4后处理 (20)第4章重量重重计算 (22)4.1主要装置布置 (22)4.2无人机结构件布置 (23)4.3重量计算 (25)4.4重重计算 (26)4.5本章小结 (26)第5章飞机的总体布置 (28)5.1飞机外形设计 (28)5.1.1太阳能无人机外形设计要求 (28)5.1.2机翼外形设计 (28)5.1.3机身外形设计 (29)5.2飞机内部布置 (29)5.3太阳能电池板铺设 (30)5.4飞机载荷区布置 (31)5.5重量重重位置校核 (31)5.6总体布置图和三视图绘制 (32)5.7本章小结 (33)第6章飞行性能分析 (34)6.1概述 (34)6.2飞机极曲线和升力特性 (34)6.2.1飞机升力估算 (34)6.2.2飞机阻力估算 (35)6.3能量消耗特征 (35)6.4飞行性能及飞行包线计算 (35)6.5机动性能计算 (37)6.6起飞性能计算 (37)6.7飞机安定性设计 (38)6.8飞机操作性设计 (39)6.9控制系统方案设计 (39)6.10本章小结 (41)结论 (42)参考文献 (43)致谢 (45)攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文 (46)主要符号表第1章绪论1.1 研究背景与意义人类进入21世纪以来，各种新型行业和新型产业显现出井喷现在，各国的科学家研究者们不断攻破新的科学难关，突破以前的科学难关发现新的科学技术，使人类向前迈进一大步。
太阳能无人机设计方案
太阳能无人机设计方案太阳能无人机是利用太阳能作为动力源的无人机，其设计方案如下：1.太阳能电池板：在无人机机身上安装太阳能电池板，将太阳能转化为电能供无人机使用。
优选高效率的太阳能电池板，以提高光能转化效率。
2.飞行控制系统：设计先进的飞行控制系统，实时掌控无人机的飞行状态。
该系统应具备自动起飞和降落、定点悬停、自动避障等功能，保证无人机的稳定飞行。
3.能源管理系统：设计可靠的能源管理系统，用于储存和管理太阳能电能。
在太阳能不足或遇到临时阴天情况下，能源管理系统将自动切换到备用电源，保证无人机的连续运行。
4.传感器系统：安装适当的传感器系统，用于感知周围环境并实时获取环境信息。
传感器系统可以包括气象传感器、红外传感器、高清摄像头等，提供无人机飞行过程中所需的数据支持。
5.通信系统：建立可靠的通信系统，实现无人机与地面控制站之间的无线数据传输。
该通信系统应具备较高的抗干扰能力和远程传输能力，以支持无人机的遥控和数据传输。
6.机身结构和材料：选择轻量化、高强度的材料用于无人机机身的制造，以减轻重量并提高飞行效率。
同时，优化机身结构设计，提高无人机的稳定性和防护能力。
7.能量回收系统：设计能量回收系统，将无人机飞行过程中消耗的能量进行回收再利用，最大限度地降低能量的浪费，提高能源利用效率。
8.安全系统：为无人机设计安全系统，包括保护措施和预警系统，以避免无人机遭受外界攻击或意外撞击导致的损坏。
9.自主导航系统：开发自主导航系统，使无人机能够根据预设路径或目标自动导航。
自主导航系统应具备较高的精度和灵活性，以应对复杂的飞行环境。
10.应用扩展性：设计可拓展的无人机平台，以便后期根据需求进行功能的增加和改进。
例如，可以添加物资运输装置、激光测绘设备等，实现多种用途的应用。
通过以上设计方案，太阳能无人机可以更加高效地利用太阳能作为动力源，实现长时间持续飞行，并具备多种功能扩展能力，可以广泛应用于航拍、监测、农业等领域。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
高空太阳能无人机总体设计要点分析
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
引言
太阳能是一种取之不尽用之不竭的绿色能源，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。
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]。
2.3飞行剖面设计优化
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。
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
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.。