太陽能飛機設(shè)計
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2021-11-23
太陽能飛機設(shè)計的視頻教程
旋翼飛機設(shè)計分析系列課程13講（入門+進階）
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固定翼飛機設(shè)計分析系列課程15講（入門+進階）
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AVL軟件的基本使用與操作(飛機操穩(wěn)分析/總體設(shè)計)
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太陽能飛機設(shè)計的實例教程
Bento Silva de Mattos教授，巴西航空技術(shù)學(xué)院
近年來，高空長時（HALE）太陽能無人飛行器（無人機）的發(fā)展已越來越重要。這種飛機可以作為“偽衛(wèi)星”，并且相比普通衛(wèi)星具有與地面更接近、更靈活、更便宜的優(yōu)勢。使用太陽能陣列電池和普通電池組的組合，不需要復(fù)雜的起飛輔助系統(tǒng)，這些無人機在進行長期飛行時可以覆蓋1000公里直徑的面積，進行約425,000次通話。
挑戰(zhàn)
穩(wěn)定性和控制是任何飛機設(shè)計中的關(guān)鍵問題，而這種情況下尤其需要特別注意，特別是考慮到飛機在高達17公里高度飛行。另一個問題是如何確定最佳的電池包和電源系統(tǒng)的設(shè)置，以符合飛機標準和法規(guī)。巴西航空技術(shù)學(xué)院的研究者研究了如何增強一個輕量級的太陽能無人機模型，該模型具有矩形機翼，機翼連著一個常規(guī)的尾部，內(nèi)部有一個吊桿與兩個引擎。飛機原始模型的總重量為30.1公斤，其中電池在總重中的比例非常高。研究人員尋求被選參數(shù)的最佳配置，包括幾何，空氣動力學(xué)，結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性，重量和系統(tǒng)。作為一個多目標優(yōu)化問題，需要最大限度地提高可用的電源功率，同時降低飛機結(jié)構(gòu)的總重量。
“多虧modeFRONTIER，花了不到一天的時間就獲得了大量的各種可行的設(shè)計結(jié)構(gòu)。”
Bento Silva de Mattos教授，巴西航空技術(shù)學(xué)院
解決方案
在modeFrontier中建立了多學(xué)科工作流程，考慮了穩(wěn)定約束，以及太陽能電池板的面積不能超過專用部分的翼。優(yōu)化的目標是最大限度地減少重量和最大限度地提高電力盈余。機翼面積在30至60平方米的范圍之間變化，在30個樣本點進行40代遺傳以后，MOGA-II算法返回一組可行的設(shè)計。最好的配置具有比原面積擴展50%的機翼面積，從而可以承受一個更大的太陽能電池板，因此具有相當高的功率可用性，而飛機重量僅略有增加。
展開 太陽能飛機顧名思義，就是以太陽輻射作為推進能源的飛機。太陽能飛機的動力裝置由太陽能電池組、直流電動機、減速器、螺旋槳和控制裝置組成。2016年7月26日，全球最大太陽能飛機“陽光動力”2號抵達阿聯(lián)酋首都阿布扎比，完成了環(huán)球飛行的壯舉。今天，小編就和大家聊聊這架不依靠燃料、不排放任何污染物、僅靠太陽能晝夜飛行的飛機。
“陽光動力2號”是瑞士人Bertrand Piccard和André Borschberg制造的第二款太陽能飛機。初代產(chǎn)品“陽光動力號”(Solar Impulse)曾在2012與2013年進行長距離飛行測試，2012年完成了瑞士飛往西班牙1116千米的不停站紀錄，2013年則完成了橫跨美國的飛行測試。“陽光動力2號”使用了與前作大體相似的結(jié)構(gòu)，但是在核心部件部分都有了大幅更新。
聯(lián)合創(chuàng)始人伯特蘭·皮卡德與安德烈·波爾施博格
“陽光動力2號”翼展達到72米，比波音747還要寬，僅次于體積最大的商用客機A380（79.75米），龐大的機翼給了“陽光動力2號”足夠的升力。
陽光動力2號與波音747對比
“陽光動力2號”只有2.3噸，與一輛半家用汽車相當。這主要得益于機身骨架使用的碳纖維蜂窩夾層材料，這種材料重量密度僅有25克每平方米，比紙還要輕3倍，但是強度完全滿足飛機的機械要求。飛機表面使用的是柔性蒙皮，主要目標也是減重。
飛機的前緣、后緣都使用的碳纖維材料，其承載能力也比一般材料更好。飛機的艙體則使用的是保溫隔熱材料。
展開 圖：試飛現(xiàn)場
就在Sun Flyer 2原型機完成首飛之后的短短幾個月內(nèi)，Bye Aerospace報道其另一架飛機已完成首次試飛。StratoAirNet中高度太陽能電力演示器正在開發(fā)用于長期耐用商業(yè)和政府安全需求，并將作為“大氣衛(wèi)星”無人機運行。StratoAirNet“大氣衛(wèi)星”的應(yīng)用包括通信中繼，互聯(lián)網(wǎng)，測繪，搜索和救援，消防指揮，原型的每個機翼都裝有SolAero高效PV電池，翼展為15米，原型在北科羅拉多地區(qū)機場上空進行演示飛行。
原型具有輕質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)和15米（50英尺）翼展，內(nèi)置SolAero高效光伏電池。在高海拔的理想日光條件下，該陣列據(jù)稱可提供約2000瓦電力進行持續(xù)飛行。
該飛機雖然在北科羅拉多地區(qū)機場的首次亮相和隨后的試飛中進行了試飛，但它注定要成為“大氣衛(wèi)星”無人機，在長期續(xù)航任務(wù)中發(fā)揮支持作用，包括通信中繼，互聯(lián)網(wǎng)，測繪，搜索和救援，消防指揮和控制，反偷獵監(jiān)測，惡劣天氣跟蹤，農(nóng)業(yè)監(jiān)測，礦物源測量和溢出檢測。
Bye Aerospace表示，與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，StratoAirNet飛機和姐妹Solesa飛行員系統(tǒng)應(yīng)具有更低的單位成本，以及更低的運營成本，更低的熱量和噪音特征以及更高的實用性。
來源：cnBeta.COM
展開 2008年，極光公司被DARPA授予禿鷲項目合同，開發(fā)大型可留空至少5年的太陽能無人機。極光的飛機采用獨特的Z型機翼構(gòu)型，機翼白天部分折疊，夜晚展開。在禿鷲項目中，極光改進了人力的“輕鷹”飛機，形成了2009年首飛的“日光鷹”無人機。
二、在波音的支持下開展奧德修斯太陽能飛機研發(fā)
目前正在研發(fā)的奧德修斯采用了更為簡潔的設(shè)計。朗福德稱：“奧德修斯取消了Z型機翼。飛行高度比禿鷲項目要求低，在夏天可能飛行高度會升高。”奧德修斯比起禿鷲來說更像代達羅斯。翼展超過波音777X，有三個尾翼和六個螺旋槳。全動垂直和水平尾翼安在三個機身上，提供俯仰和偏航控制。外側(cè)的兩個尾翼會使機翼彎曲以控制滾轉(zhuǎn)，機翼上沒有滾轉(zhuǎn)控制面。朗福德稱：“飛機設(shè)計風(fēng)險越低越好。對于太陽能飛機來說，載重不小了，雖然不到禿鷲的1000磅，但是超過55磅了，奧德修斯采用可用的鋰-聚合物電池和薄膜砷化鎵光伏電池。”
由阿爾塔設(shè)備公司（Alta Devices，被漢能公司收購）提供的光伏電池效率為20%多，在此情況下，光伏板不是問題，能源存儲才是。光伏電池集成到飛機結(jié)構(gòu)中，提供相對高的比能量。薄壁碳纖維管形成長但輕并且強度高的翼梁和機身的箱形截面桁架，以及機翼和尾翼的桁肋。三個機身中的一個結(jié)構(gòu)重量僅為70磅。
07 三個機身搭載了電池、航電設(shè)備和載荷以形成沿著柔性機翼的分布式點狀載荷。
為了適應(yīng)飛行過程中機翼的彎曲，結(jié)構(gòu)被設(shè)計組裝成橋型。桁肋部位的蒙皮壁板聯(lián)結(jié)成V型的外擴聯(lián)結(jié)點，可在機翼彎曲時產(chǎn)生相對活動。
展開 ◆ 復(fù)雜結(jié)構(gòu)自動分層連接技術(shù)
飛機結(jié)構(gòu)是通過成千上萬的緊固件將零件連接裝配組合成部件，在細節(jié)模型中采用實體單元模擬每個緊固件，勢必造成模型巨大無法完成分析，對于非疲勞關(guān)鍵部位必須進行工程簡化。
在細節(jié)分析中只要準確地反映連接的剛度，就能準確地獲得連接載荷的傳遞，從而獲得關(guān)鍵部位的準確應(yīng)力/應(yīng)變。因此，可以采用簡化連接的方法，使分析模型規(guī)模可接受，而分析精度又能得到保證。然而，手動實現(xiàn)連接工作巨大，且質(zhì)量難以保證，必須開發(fā)自動連接功能。
典型螺栓連接▲
螺栓簡化連接▲
自主開發(fā)的自動分層連接技術(shù)，使得用戶只需輸入連接件的法矢及材料與直徑，程序就可在細節(jié)模型中，對被連接結(jié)構(gòu)進行智能化分層判斷、連接剛度計算，自動完成分層簡化連接，以及預(yù)緊力施加，并提供連接處各層的穿透、漏桿等錯誤信息，大大提高了效率和質(zhì)量。
面對更高的要求，飛機結(jié)構(gòu)細節(jié)應(yīng)力分析技術(shù)仍需要不斷向前發(fā)展。“”細節(jié)決定成敗，精益創(chuàng)造未來”值得疲勞專業(yè)不斷踐行的專業(yè)理念。
下載地址：實用飛機結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析及尺寸設(shè)計
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太陽能飛機設(shè)計的相關(guān)專題、標簽、搜索
太陽能飛機設(shè)計的最新內(nèi)容
<p>“2.8GB的機翼CFD結(jié)果，還得傳15分鐘。美國那邊上午十點就要評審，我這是又得熬夜了。”——這曾是飛機研發(fā)工程師老張的日常：跨洋傳輸大模型、苦等下載、格式轉(zhuǎn)換、版本混亂……無數(shù)個深夜，都耗在了數(shù)據(jù)的搬運而非真正的工程分析上。</p><p>然而2026年的今天，一種全新的研發(fā)范式正在航空工程師群體中悄然普及：</p><p>他們只需打開瀏覽器，輸入賬號，就能實時訪問云端的最新模型，與全球同事在同一虛擬空間中協(xié)作
航空航天工業(yè)是對零部件質(zhì)量和可靠性要求最高的行業(yè)之一。利用增材制造技術(shù)生產(chǎn)高科技零部件的潛力巨大。這種新工藝提供了創(chuàng)造新型設(shè)計的機會，這些設(shè)計以功能為導(dǎo)向，具有優(yōu)化和面向目的的幾何形狀。
面臨挑戰(zhàn)
MSC Apex Generative Design的以功能為導(dǎo)向的組件優(yōu)化誕生于帕德博恩大學(xué)直接制造研究中心與工業(yè)合作伙伴的一個研究項目。為重新設(shè)計優(yōu)化項目確定并選擇了一個航空航天支架
你坐飛機，每次起飛離地時空姐都會提醒你，收起小桌板，調(diào)直靠背，摘下耳機，打開窗戶遮陽板……
經(jīng)過漫長巡航，飛機要降落了。你電影還沒看完，空姐又來提醒你，摘下耳機，收起小桌板，調(diào)直靠背，打開遮陽板......
你好奇了，為啥起飛和下降階段管這么嚴？
因為起飛和下降最危險。起飛的3分鐘和降落的8分鐘，一直被稱為“黑色11分鐘”。盡管這11分鐘相比總飛行時長很短，但這兩個階段的空難卻占大半
馬來西亞復(fù)合材料技術(shù)研究有限公司（CTRM）是全球復(fù)合材料航空結(jié)構(gòu)供應(yīng)鏈的一部分，為世界上主要的商用飛機制造商提供服務(wù)。該公司在航空航天和復(fù)合材料工業(yè)中發(fā)揮著戰(zhàn)略作用，并將其業(yè)務(wù)多元化到復(fù)合材料飛機內(nèi)飾、飛機座椅和運輸領(lǐng)域。
2024
工業(yè)挑戰(zhàn)
作為生產(chǎn)過程的一部分，CTRM需要對制造的每個部件進行徹底的物理測試，以確保它們符合嚴格的標準。
用國產(chǎn)超算系統(tǒng)
設(shè)計國產(chǎn)民用飛機
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我國推進高水平科技自立自強
又邁出堅實一步
4月19日，來自國內(nèi)航空領(lǐng)域和計算機領(lǐng)域的專家相聚國家超級計算無錫中心，啟動“面向新一代國產(chǎn)超算系統(tǒng)的民用飛機多學(xué)科聯(lián)合設(shè)計優(yōu)化技術(shù)與軟件”項目，并舉行項目實施方案評審會。
一個將解決“千萬變量優(yōu)化”
實現(xiàn)“千萬核心并行”的
超算系統(tǒng)“大應(yīng)用”正式起步
??
2024年4月19日，“十四五”國家重點研發(fā)計劃“高性能計算”重點專項“面向新一代國產(chǎn)超算系統(tǒng)的民用飛機多學(xué)科聯(lián)合設(shè)計優(yōu)化技術(shù)與軟件”項目啟動暨實施方案論證會在無錫順利召開。
該項目由西北工業(yè)大學(xué)牽頭，聯(lián)合國家超級計算無錫中心、中航通飛華南飛機工業(yè)有限公司、中國商飛北京民用飛機技術(shù)研究中心、浙江大學(xué)等單位共同承擔(dān)。
△全體合影
△活動現(xiàn)場
探索超算奧秘
01 研究背景
太陽能煙囪發(fā)電廠(SCPP)以低成本的方式利用太陽輻射能發(fā)電，不使用化石燃料，也不排放溫室氣體。發(fā)電系統(tǒng)由三個部分組成：集熱器、渦輪發(fā)電機和煙囪。空氣在集熱器中被陽光加熱，由于熱空氣比冷空氣輕，被加熱的空氣會沿著由集熱器和煙囪構(gòu)成的路線向上流動。基于集熱器溫度上升引起的空氣密度差作為驅(qū)動力，煙囪利用熱空氣產(chǎn)生動能（空氣對流）和勢能（渦輪機中的壓降），空氣對流動能通過煙囪入口處的渦輪發(fā)電機轉(zhuǎn)化為電能
某型飛機復(fù)合材料整流罩優(yōu)化設(shè)計
1引言
現(xiàn)在航空航天工業(yè)中，減輕設(shè)計重量和縮短設(shè)計周期是2個突出的問題。結(jié)構(gòu)優(yōu)化被證明在這2個方面是非常有效的工具。HyperWorks中的OptiStruct在結(jié)構(gòu)優(yōu)化領(lǐng)域受到了眾多航空企業(yè)的認可并大量應(yīng)用。
針對金屬結(jié)構(gòu)，通過兩步法進行優(yōu)化設(shè)計。第一步，通過拓撲優(yōu)化方法得到概念設(shè)計；第二步，用參數(shù)優(yōu)化和形狀優(yōu)化方法對設(shè)計細節(jié)進行進一步優(yōu)化。復(fù)合材料給設(shè)計帶來了很多可變因素
縱觀人類航空發(fā)展百余年歷程，氣動彈性問題幾乎伴隨飛機發(fā)展的全過程。其中，顫振無疑是最引人關(guān)注的現(xiàn)象，不僅是因為它的復(fù)雜性，更重要是顫振會造成災(zāi)難性的后果。
作者 王向明（中國工程院院士、航空工業(yè)首席專家） 單位 中國航空工業(yè)集團公司沈陽飛機設(shè)計研究所 摘要 本文針對傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)存在的超重、開裂弊端,基于設(shè)計制造一體化,提出了大型整體化、梯度復(fù)合化、構(gòu)型拓撲化、結(jié)構(gòu)功能一體化等新概念結(jié)構(gòu),具有高減重、長壽命、多功能、低成本、快速響應(yīng)研制等顯著優(yōu)勢,在型號應(yīng)用中發(fā)揮了重要作用,為飛機結(jié)構(gòu)創(chuàng)新開辟了新的技術(shù)途徑。 關(guān)鍵詞 新概念結(jié)構(gòu)；設(shè)計與制造一體化；增材制造
