СПОСОБ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА ПРИ ПОМОЩИ СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ, ИСПОЛЬЗУЮЩИХ РАССЕЯННЫЙ И ОТРАЖЕННЫЙ ОТ ПОДСТИЛАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ СВЕТ, И ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ, РЕАЛИЗУЮЩИЙ ДАННЫЙ СПОСОБ Российский патент 2018 года по МПК B64D27/24 H02S10/40 B64G1/44 

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.

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.

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.