Способ энергетического обеспечения летательного аппарата при помощи солнечных батарей, использующих рассеянный и отраженный от подстилающей поверхности свет, и летательный аппарат, реализующий данный способ

Группа изобретений относится к области воздухоплавательной техники. Способ энергетического обеспечения летательного аппарата основан на использовании солнечных батарей, использующих рассеянный и отраженный от подстилающей поверхности свет для летательного аппарата тяжелее или легче воздуха, предназначенного для движения в тропосфере и/или стратосфере при помощи двигателей, приводимых в действие электрической энергией, включающий винтомоторные и турбореактивные двигатели. Для выработки электрической энергии используют солнечные батареи, преобразующие рассеянный и отраженный от подстилающей поверхности, включая облака, свет видимого, а также ультрафиолетового спектра. Солнечные батареи размещают на нижней, обращенной во время полета к земле части крыльев, корпуса летательного аппарата, а также на боковых поверхностях его корпуса или фюзеляжа. Летательный аппарат выполнен с возможностью реализации способа. Группа изобретений направлена на повышение энерговооруженности. 2 н. и 4 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области воздухоплавательной техники, а более конкретно - к способу энергетического обеспечения летательного аппарата при помощи солнечных батарей, использующих рассеянный и отраженный от подстилающей поверхности свет и собственно летательному аппарату, реализующий данный способ.

Настоящее изобретение может найти применение при создании и эксплуатации различных авиационных систем, включая беспилотные и гибридные летательные аппараты, созданные для целей транспорта, мониторинга и наблюдения.

В основу настоящего изобретения положена задача создания такого принципиально нового способа энергетического обеспечения летательного аппарата при помощи солнечных батарей, который позволял бы достигать существенного повышения энерговооруженности, а соответственно, грузоподъемности и дальности полета летательного аппарата за счет использования рассеянного и отраженного от подстилающей поверхности света.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению являются патент US 7,137,592 В2 в котором описан гибридный дирижабль, состоящий из внешней оболочки, множества наполненных гелием конвертов, и полностью электрической двигательной установки. Он может иметь высокий коэффициент удлинения крыла. В некоторых вариантах, гибридный дирижабль может быть запущен только с помощью подъемной силы газа, а аэродинамическая подъемная сила может быть обеспечено полностью электрической двигательной установкой. Фотоэлектрический преобразователь и высокая энергетическая плотность мощности системы хранения могут быть объединены, чтобы увеличить мощность двигательной установки. Высокий коэффициент сжатия крыла обеспечивает низкое аэродинамическое сопротивление и может обеспечить для гибридного дирижабля возможность полетов на высоте не менее около 100000 футов. За счет постоянной зарядки системы аккумулирования электроэнергии, гибридный дирижабль в некоторых вариантах может оставаться в воздухе в течение нескольких месяцев или даже лет. Гибридный дирижабль может функционировать в качестве средства наблюдения и рекогносцировки и связи.

Близким аналогом является также проект Solar Impulse (регистрационный номер прототипа HB-SIA) - швейцарский проект по созданию самолета, использующего исключительно энергию солнца (солнечные батареи). Это первый в мире пилотируемый самолет, способный летать за счет энергии Солнца теоретически неограниченно долго, запасая энергию в аккумуляторных батареях и набирая высоту днем.

Разработан компанией Solar Impulse, имеет размах крыла, сравнимый с Airbus A340 (63 метра), массу - 1600 кг. Крейсерская скорость - 70 км/ч. Прототип летательного аппарата, предназначенного для кругосветного перелета и пропаганды альтернативной энергетики. Представлен публике 26 июня 2009 года швейцарским аэронавтом Бертраном Пикаром. Первый полет совершил 3 декабря 2009 года. Испытания прошли на авиабазе Дюбендорф.

Солнечные батареи вырабатывают электроэнергию, которая используется для питания 4 электродвигателей и зарядки аккумуляторов.

Недостатками описанных выше аналогов является то, что они не используют энергия отраженного и рассеянного света, поскольку солнечные батарею размещены только на верхней поверхности крыльев, что существенно снижает энерговооруженность летательного аппарата, что легко видеть из технических характеристик указанных аналогов. Кроме того, рассмотренные аналоги используют винтовую тягу, что неэффективно на больших высотах при разреженном воздухе, в то время как большая энерговооруженность аппарата позволила применить, в частности, турбовентиляторный двигатель нового типа.

Задачи изобретения решены и недостатки прототипа устранены в реализованном согласно настоящему изобретению способе энергетического обеспечения летательного аппарата при помощи солнечных батарей, использующих рассеянный и отраженный от подстилающей поверхности свет для летательного аппарата тяжелее или легче воздуха, предназначенного для движения в тропосфере и/или стратосфере при помощи двигателей, приводимых в действие электрической энергией, включая, но не ограничивая винтомоторные и турбореактивные двигатели, отличающийся тем, что для выработки электрической энергии используют солнечные батареи, преобразующие рассеянный и отраженный от подстилающей поверхности, включая облака, свет видимого, а также ультрафиолетового спектра, при этом солнечные батареи размещают по меньшей мере на нижней, обращенной во время полета к земле части крыльев, при их наличии, и корпуса летательного аппарата, а также необязательно на боковых поверхностях его корпуса или фюзеляжа.

Технически целесообразно в данном способе после получения электрической энергии от солнечных батарей, накапливать ее в суперконденсаторах, размещенных на борту летательного аппарата.

Также технически целесообразно целиком реализовать летательный аппарат на описанных выше технических принципах.

При реализации летательного аппарата также технически целесообразно реализовать его в виде автономного аппарата легче воздуха, у которого солнечные батареи размещены на всей его оболочке.

Кроме того, целесообразно для оптимизации весовых характеристик летательного аппарата интегрировать солнечные батареи непосредственно в его обшивку или оболочку.

Также для отработки всех условий эксплуатации целесообразно реализовать указанный летательный аппарат как в пилотируемом, так и в беспилотном вариантах.

За счет реализации заявленного способа достигаются следующие технические результаты:

- существенно (приблизительно во столько раз, во сколько возрастает общая площадь солнечных батарей) повышается энерговооруженность летательного аппарата;

- летательный аппарат можно снабдить более мощными движителями, повысить его грузоподъемность и дальность полета.

Настоящее изобретение будет раскрыто в нижеследующем примере реализации гибридного летательного аппарата тяжелее воздуха, имеющего фюзеляж и крылья, снабженного электрическими двигателями, смонтированными на крыльях, а крылья в свою очередь заполнены гелием или водородом для создания дополнительной подъемной силы. На верхней поверхности крыльев, на нижней поверхности крыльев, на боковых сторонах фюзеляжа смонтированы пленочные солнечные батареи высокой энергоотдачи, которые используют рассеянный и отраженный от подстилающей (земной) поверхности и облаков свет, в том числе и ультрафиолетового спектра. Электрическая энергия также накапливается в компактных суперкоденсаторах, смонтированных внутри фюзеляжа летательного аппарата.

Летательный аппарат имеет возможность подъема с земной поверхности за счет дополнительной подъемной силы газа, находящегося в крыльях, движения в тропосфере и/или стратосфере при помощи двигателей, приводимых в действие электрической энергией, включая, как винтомоторные (для движения в тропосфере), так и турбовентиляторные двигатели.

По сравнению со всеми способами, известными авторам, данный способ позволяет существенно повысить энерговооруженность летательного аппарата, кроме того, летательный аппарат можно снабдить более мощными движителями, повысить его грузоподъемность и дальность полета при соблюдении полной экологичности.

1. Способ энергетического обеспечения летательного аппарата при помощи солнечных батарей, использующих рассеянный и отраженный от подстилающей поверхности свет для летательного аппарата тяжелее или легче воздуха, предназначенного для движения в тропосфере и/или стратосфере при помощи двигателей, приводимых в действие электрической энергией, включая, но не ограничивая винтомоторные и турбореактивные двигатели, отличающийся тем, что для выработки электрической энергии используют солнечные батареи, преобразующие рассеянный и отраженный от подстилающей поверхности, включая облака, свет видимого, а также ультрафиолетового спектра, при этом солнечные батареи размещают по меньшей мере на нижней, обращенной во время полета к земле части крыльев, при их наличии, и корпуса летательного аппарата, а также необязательно на боковых поверхностях его корпуса или фюзеляжа.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после получения электрической энергии от солнечных батарей, ее накапливают в суперконденсаторах, размещенных на борту летательного аппарата.

3. Летательный аппарат, реализующий способ по п. 1.

4. Летательный аппарат по п. 3, отличающийся тем, что он является автономным аппаратом легче воздуха, у которого солнечные батареи размещены на всей его оболочке.

5. Летательный аппарат по п. 3, отличающийся тем, что он является автономным аппаратом легче воздуха, у которого солнечные батареи интегрированы в его оболочку, либо являются его оболочкой или обшивкой.

6. Летательный аппарат по п. 3, как в пилотируемом, так и в беспилотном вариантах.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области экологически чистой энергии и, в частности, к многофункциональной солнечной энергетической системе, в которой используется солнечная энергия.

Неподвижный каскадный линзовый концентратор солнечного излучения с оптическим способом наведения светового потока содержит три плоские радиальные линзы Френеля.

Изобретение относится к устройствам автономного энергоснабжения маломощных потребителей. Устройство автономного энергоснабжения с модулем светового ограждения, содержащее, по меньшей мере, две солнечные панели из монокристаллических или поликристаллических фотогальванических модулей, ветрогенератор, по меньшей мере, одну аккумуляторную батарею, блок управления и контроля, состоящий из контроллера заряда аккумуляторной батареи с функцией отслеживания точки максимальной мощности и контроллера заряда аккумуляторной батареи широтно-импульсной модуляции и/или гибридного контроллера заряда аккумуляторной батареи, совмещающего функции контроллера заряда аккумуляторной батареи с функцией отслеживания точки максимальной мощности и контроллера заряда аккумуляторной батареи широтно-импульсной модуляции и позволяющего одновременно использовать ветрогенератор и фотогальванические модули, климатический модуль, исполнительный модуль светового ограждения, включающий модуль автоматики включения/отключения с возможностью подключения контроллера управления по GSM каналам и выносные сдвоенные заградительные огни.

Cистема, использующая энергию солнца для генерирования энергии, включает в себя фотоэлектрический модуль, преобразователь энергии и устройство управления. Преобразователь энергии сконфигурирован, чтобы управлять выходным напряжением фотоэлектрического модуля так, чтобы выходное напряжение соответствовало целевому выходному напряжению.

Солнечный генератор (10) содержит генератор (20) на основе термоэлектронной эмиссии, усиленной фотонами, имеющий катод (22) для приема солнечного излучения (70) и анод (24), который вместе с катодом генерирует первый ток (26) и сбросное тепло (28) из солнечного излучения (70); дополнительный источник тепла, создающий дополнительное тепло; термоэлектрический генератор (30), имеющий тепловую связь с анодом (24) и дополнительным источником тепла для преобразования сбросного тепла (28) от анода (24) и дополнительного тепла во второй ток (36); и схему, подключенную к генератору (20) на основе термоэлектронной эмиссии, усиленной фотонами, и к термоэлектрическому генератору (30) для объединения первого и второго токов (26, 36) в выходной ток (16).

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным установкам с системой ориентации солнечных концентраторов, и может быть использовано для нагрева различных теплоносителей, производства электроэнергии, в опреснительных и других установках, преобразующих солнечную энергию в тепловую.

Изобретение относится к автономным гелиосистемам для получения, накопления и использования электрической и тепловой энергии. Солнечный конвертер выполнен со снабженной выходными проводниками фотоэлектрической поверхностью, совмещенной с верхней крышкой теплового аккумулятора, корпус которого снабжен введенной в систему эластичной липучей, вакуумной или магнитной присоской, а также с лобовым и тыловым спойлерами, передней и задней торцевыми стенками теплового аккумулятора.

Неподвижный концентратор солнечного излучения реализует наведение светового потока на входной торец фокона за счет сужения светового потока в двух перпендикулярных плоскостях и содержит три фокусирующие плоские линейные линзы Френеля, в фокусе первой короткофокусной линейной линзы Френеляторая линза Френеля, за которой расположена третья линейная короткофокусная линза Френеля, в фокусе которой расположен фокон.

Изобретение относится к области возобновляемой энергетики, в частности к атмосферным энергетическим гелиоустановкам, содержащим наполненный гелием и удерживаемый с земли аэростат/баллон, на котором размещены солнечные панели.

Изобретение относится к установкам, непрерывно следящим за Солнцем, и может быть использовано для питания потребителей в районах ненадежного электроснабжения. Технический результат заключается в повышении мощности солнечной электростанции.

Изобретение относится к космической технике. Способ контроля системы энергопитания снабженного солнечными батареями (СБ) космического аппарата (КА) включает измерение тока СБ и параметров углового положения СБ, определение параметров эффективности СБ и контроль системы энергопитания по результатам сравнения измеренных и расчетных значений тока СБ.

Изобретение относится к системе энергопитания космического аппарата (КА) с солнечными батареями (СБ). Способ включает измерение тока и параметров углового положения СБ.

Изобретение относится к системе энергопитания космического аппарата (КА) с солнечными батареями (СБ). Способ включает измерение тока и параметров углового положения СБ.

Изобретение относится к эксплуатации солнечных батарей (СБ) космического аппарата (КА). Способ включает ориентацию нормали к рабочей поверхности СБ на Солнце (под углом αI) и измерение тока СБ.

Изобретение относится к эксплуатации солнечных батарей (СБ) космического аппарата (КА). Способ включает ориентацию нормали к рабочей поверхности СБ на Солнце (под углом αI) и измерение тока СБ.

Изобретение относится к системам электроснабжения космических аппаратов (КА) с помощью солнечных батарей (СБ). Способ включает ориентацию СБ на Солнце, измерение на последовательных витках орбиты угла между направлением на Солнце и нормалью к плоскости орбиты КА, а также тока СБ в моменты касания верхней границы атмосферы Земли видимым с КА диском Солнца на его восходе.

Изобретение относится к системам электроснабжения космических аппаратов (КА) с помощью солнечных батарей (СБ). Способ включает ориентацию СБ на Солнце, измерение на последовательных витках орбиты угла между направлением на Солнце и нормалью к плоскости орбиты КА, а также тока СБ в моменты касания верхней границы атмосферы Земли видимым с КА диском Солнца на его восходе.

Изобретение относится к солнечным батареям (СБ) космических аппаратов (КА). Способ включает определение угла между нормалью к рабочей поверхности СБ и нормалью к плоскости орбиты КА при условии минимального затенения СБ конструкцией КА.

Изобретение относится к солнечным батареям (СБ) космических аппаратов (КА). Способ включает определение угла между нормалью к рабочей поверхности СБ и нормалью к плоскости орбиты КА при условии минимального затенения СБ конструкцией КА.

Изобретение относится к солнечным батареям (СБ) космических аппаратов (КА). Способ включает измерение вектора направления на Солнце в инерциальной системе координат, угла между направлением на Солнце и нормалью к плоскости орбиты КА, а также изменения данного угла за виток.

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям движительных систем летательных аппаратов. Устройство (1) для формирования силы тяги включает модуль (2) двухконтурного турбореактивного двигателя, модуль вентилятора (3) и электропроводящий модуль (20).

Группа изобретений относится к области воздухоплавательной техники. Способ энергетического обеспечения летательного аппарата основан на использовании солнечных батарей, использующих рассеянный и отраженный от подстилающей поверхности свет для летательного аппарата тяжелее или легче воздуха, предназначенного для движения в тропосфере иили стратосфере при помощи двигателей, приводимых в действие электрической энергией, включающий винтомоторные и турбореактивные двигатели. Для выработки электрической энергии используют солнечные батареи, преобразующие рассеянный и отраженный от подстилающей поверхности, включая облака, свет видимого, а также ультрафиолетового спектра. Солнечные батареи размещают на нижней, обращенной во время полета к земле части крыльев, корпуса летательного аппарата, а также на боковых поверхностях его корпуса или фюзеляжа. Летательный аппарат выполнен с возможностью реализации способа. Группа изобретений направлена на повышение энерговооруженности. 2 н. и 4 з.п. ф-лы.

Наверх