“中国制造”新形象：独家揭秘太阳能无人机

　　（采访专家：昂海松，南京航空航天大学的博士生导师、航空工程国家级实验教学中心的主任、微型飞行机研究中心主任，部分图片由昂海松提供，中国航空学会推荐。原创文章，未经授权，请勿转载）

　　彩虹系列太阳能无人机日前“登陆”央视《新闻联播》。彩虹系列太阳能无人机的研制成功，意味着我国成为世界上除了美国之外，第二个能够研制超长航时太阳能无人机的国家。凭着不断的突破创新，中国无人机正在成为“中国制造”新形象的代表。

　　“彩虹T4”太阳能无人机

　　其实，太阳能无人机属于太阳能飞机的范畴，太阳能飞机包含了无人机和载人飞机。如今，中国的消费级无人机已经开始在全球的低空飞翔了。太阳能无人机是怎样改变我们的生活呢？今天，让我们共同走近太阳能飞机，感受它独特的科技魅力吧！

　　“太阳神”无人机

　　1.如何克服阵风对太阳能无人机的影响？

　　由于太阳能飞机机翼长和结构轻，细长机翼结构的刚度小。飞机飞行中的空气动力和飞机机翼弹性结构之间会产生相互作用，这就叫作“气动弹性”。在一定的较大飞行速度下，飞机机翼上的气动力（包括气动力矩）和结构变形会越来越大，就有可能发生“静气动弹性发散”或“颤振”，而导致机翼或机身断裂。美国早期的“太阳神”无人机就曾经因机翼发生静气动弹性变形发散，而在空中解体。

　　因此，太阳能飞机的结构要精心设计，不但要轻而且要强度好，尤其是刚度设计要避免“气动弹性发散”和“颤振”的发生。

　　机翼气动弹性变形

　　2.恶劣天气会影响太阳能无人机飞行吗？

　　太阳能无人机如果是在起飞和爬升阶段遇到阴雨天气，是不能飞行的，会取消飞行任务。如果是晴好天气，太阳能飞机会飞至8000多米的云层之上，雷雨天气并不能对其造成影响。而且机载气象雷达会对飞行区域的气象情况进行标注，无人机会自主选择相对安全的区域飞行。

　　3.真实的无人机与飞行模拟游戏有什么本质不同？

　　无人机与一般的航模机的区别是具有自主飞行控制与导航能力，而不是像航模那样可由操纵手任意控制飞行。电脑上飞行模拟游戏，如航模飞行操纵仿真训练软件，有的吸收了航模操纵手的一些控制规律，有一定的科学合理性。

　　很多飞行模拟游戏只有简单的前后左右和上下动作，其操纵手柄的大体方向不错，但是操纵速度和范围并没有按真实飞机飞行规律设计（这对一般游戏太过昂贵），与真实的航模操作差别很大，更不用说具有自主飞行控制欲导航的无人机了。所以爱玩飞行游戏的孩子，千万不要以为玩真实航模，也可以像玩游戏一样随心所欲的操纵。

　　4.太阳能飞机在夜间和微光时的能源补给要怎样完成？

　　太阳能飞机要昼夜连续飞行，那么晚上没有太阳光怎么办？这一方面要靠太阳能的储能系统把白天吸收的太阳能转化的多余电能存储在锂电池中，以备夜间飞行使用；另一方面，夜间飞行环要执行新的飞行模式。夜间飞行，为了节约能源，通常采取无动力“滑翔飞行”和有动力飞行相结合的方式。

　　由于太阳能飞机具有大展弦比机翼和轻结构特点，因此具备优良的滑翔能力。当飞机进行一定滑翔角飞行时，由于相对气流产生的“迎角”，即使没有动力，也会产生一定的升力，从而节约能量。“阳光动力2号”太阳能飞机在日间飞行时尽可能攀升至8500米的高度，夜间滑翔飞行与动力飞行结合逐渐下降至约1500米，白天再爬升到云层以上的高度。现在正在研究在早晨和傍晚太阳能光较弱的时候也能发电的新型太能电池板。

　　空间飞行器太阳能电站

　　5.太阳能飞机还需要别的燃料来支持它飞行吗？

　　太阳能飞机的意义就在于只用太阳能作为飞行动力和其他设备的能源。太阳能飞机另一个特点是“长航时”，可以连续飞行几天、十几天，未来甚至连续飞行几年（如太阳能无人机，或太阳能载人飞机飞向其他星球），而燃料携带是有限的，目前燃油发动机无人机续航时间最长为30-40小时，不可能满足更长续航时间的要求。此外，太阳能飞机很轻，承载能力小，在用太阳能发电的电动机之外再增加燃油发动机和燃料也是无法承受的。

　　阳光动力2号太阳能飞机

　　6.太阳能飞机怎样在轻巧、功耗小的同时保证高性能指标？

　　太阳能无人机结构比一般的无人机，要求轻得多。这是因为太阳能无人机机翼展长很大而承载重量较小。太阳能飞机的构不但要轻，而且强度要好。目前，太阳能飞机的主承力结构多半采用碳纤维复合材料，如机身和机翼（包括尾翼）的骨架、起落架。因为碳纤维复合材料不但重量轻，而且有很好的结构强度。“阳光动力2号”太阳能飞机不但机体骨架而且机翼蒙皮也用的是碳纤维复合材料。 “阳光动力2号”太阳能飞机机身的非承力的机身壁则用具有隔温的轻质泡沫塑料，也是为了减轻重量。

　　另一方面，太阳能电池板本身也要求重量轻，这就是为什么要发展高性能的柔性薄膜太阳能电池板的原因，要不断提高单位重量太阳能电池板的发电效率。

　　南京航空航天大学“灵翼”太阳能无人机

　　7.太阳能飞机的飞行力学特性和控制响应跟常规飞机有什么差别？

　　太阳能飞机的飞行速度非常慢，相对常规飞机来说，其抗阵风能力较弱，因此太阳能飞机的自动控制系统要具有良好的适应性。当阵风对太阳能飞机干扰影响时，太阳能飞机的自动控制系统首先要保持飞机的姿态稳定，而不是像普通飞机遇到阵风时通过加速避开阵风干扰。太阳能飞机在强风作用下，可以适当调节航向和高度，以减缓阵风的作用。

　　太阳能飞机巡航时在8000米到20000米的高空飞行，一方面是避免云层对太阳光的影响，另一方面在平流层飞行可以减少低空对流层的湍流或阵风的干扰。太阳能飞机有的进行适当的机翼柔性设计，可以减缓阵风的不利作用。

　　美国solara太阳能无人机

　　8.太阳能飞机给我们带来的福利有哪些？

　　人类现有使用的能源（如石油、煤炭）正在大量减少，按现在的消耗速度，大约100多年之后就枯竭了。而太阳能却是无穷无尽的。太阳能无人机可以在“不消耗燃油”下执行更长时间的任务，包括气象探察、地理测绘、灾情预测和军事侦察等。太阳能客机更是人们渴望的清洁能源交通工具。“阳光动力”公司预测，30多年后，能承载300名乘客的全太阳能飞机有望正式投入运营。人类将真正实现环保飞行的梦想。还有正在计划设计中的空间飞行器太阳能电站，可以不断向地球提供电力能源。

　　致谢：对中国航空学会在此次访谈中的支持表示感谢。