Как сделать самолет на солнечных панелях
Сегодня мы рассмотрим, как своим руками можно сделать модель самолета, летающего на солнечной энергии. Это довольно перспективный проект в сфере альтернативной энергетики. Вполне возможно, что по такой методике будут летать самолеты в будущем и перевозить нас с вами.
Собирается самоделка не сложно, если вы уже собирали авиамодели, сборка этой самоделки не будет на много сложнее. Особенность здесь только в установке солнечных панелей на крылья. Основная работа происходит над крыльями, сперва делается каркас, устанавливаются панели, а затем каркас обтягивается пленкой, чтобы в крыло мог заходить солнечный свет.
Материалы и инструменты для самоделки:
Список материалов:
— готовый планер (или его можно собрать с нуля из потолочной плитки);
— электродвигатель;
— серводвигатели;
— контроллер двигателя, контроллер зарядки аккумулятора и прочая электроника;
— клей;
— термоусадка;
— аккумулятор;
— солнечная панель (отдельные элементы)
— пленка монокот (для обтягивания крыла);
— фен.
Список инструментов: паяльник с флюсом и припоем, кусачки, клеевой пистолет, строительный фен, отвертки, канцелярский нож и другое.
Процесс изготовления авиамодели:
Шаг первый. Создаем крыло
Начать строительство самоделки следует с разработки и сборки крыла. Тут самым важным критерием является его площадь, так как на крыле нужно будет разместить как можно больше солнечных панелей. Тут важно также не забывать, что в целом панели образуют немалый вес. Материалы можно использовать любые, главное, чтобы крыло было прочным и одновременно с эти легким.
Сперва автор собирает «скелет» крыла, в нем предусмотрены специальные ниши для установки солнечных панелей. Скелет можно сделать из тонкой фанеры или других материалов.
Шаг второй. Монтаж солнечных панелей
На следующем этапе автор устанавливает солнечные панели. Это очень ответственное занятие, так как панели являются довольно хрупкими. Если их неправильно закрепить на крыле, они при малейшем прогибе треснут и будут испорчены. Автор крепит панели между ребер крыла. Еще панели придется резать, так, что перед этим желательно поискать информацию о том, как с ними работать. Соединяются панели последовательно при помощи паяльника.
В заключение с каждого крыла к центру нужно не забыть вывести провода питания.
Что касается обшивки крыльев, то она делается из пленки монокот. Тут все просто, термоусадочная пленка натягивается на крыло, а затем хорошо усаживается строительным феном. Важно, чтобы верхняя часть пленки была прозрачной, так как она должна пропускать солнечный свет к солнечным панелям.
Шаг четвертый. Тестирование электроники перед запуском
После сборки авиамодель нужно вынести на улицу в солнечную погоду и определиться, что солнечная панель выдает нужное напряжение. У автора аккумулятор начинал заряжаться, когда панель выдавала напряжение от 12В.
Еще нужно будет проверить, работает ли передатчик, серводвигатели, а также включается ли основной тяговый двигатель.
Еще желательно проверить работу основного двигателя, не испытывает ли он перегрузки. Если двигатель будет нагреваться, он быстро перегорит. Чтобы устранить эту проблему, устанавливают более маленький винт.
Шаг пятый. Первые испытания
Поскольку на крыльях самолета установлены солнечные панели, ошибка пилотирования тут недопустима, так как при падении самолета панели могут разбиться. В связи с этим первые запуски лучше доверить человеку, который обладает опытом в этом деле. После запуска можно увидеть, что с самолетом не так и доработать его при необходимости.
Проводить испытания нужно в сухую безветренную погоду.
Шаг шестой. Заключения
Недостатком этой модели стало то, что аккумуляторы могли заряжаться только при напряжении свыше 12В. А чтобы получить такое напряжение, нужна абсолютно солнечная погода. Но на момент испытаний у создателей была пасмурная погода. Но в целом доработать эту проблему вполне не сложно, просто нужно менять контроллер заряда и возможно аккумулятор.
В любом случае это отличный проект того, как можно развивать зеленую энергию и что мы увидим в будущем. На этот вид энергии можно перевести различные электронные приборы, автомобили, самолеты и даже космические аппараты.
Источник
Солнечные батареи для БПЛА
Электрические силовые установки активно используются на современных беспилотных летательных аппаратах и позволяют получать высокие летные характеристики. Дальнейший рост ключевых параметров может быть обеспечен путем использования солнечной энергии. Разработан целый ряд экспериментальных БПЛА на солнечных батареях – но ни один из проектов пока не доведен до полноценной эксплуатации с решением реальных задач.
С участием NASA
На рубеже семидесятых и восьмидесятых годов американская компания AeroVironment вела исследования в области солнечной энергетики для летательных аппаратов. В 1983 г. она получила заказ от NASA на создание опытного БПЛА, способного показывать высокие летно-технические характеристики. Первый проект новой серии получил название HALSOL (High Altitude Solar). Позже его переименовали в Pathfinder.
В том же году состоялся первый полет опытного беспилотника, однако испытания признали неудачными из-за недостаточного уровня развития ключевых технологий. Доработка проекта продолжалась до 1993 г., когда испытания возобновились. Достаточно быстро Pathfinder показал все преимущества новых технологий и компонентов. В течение нескольких лет БПЛА установил ряд рекордов высоты и продолжительности полетов для аппаратов на солнечных батареях.
В 1998 г. опытный беспилотник модернизировали по проекту Pathfinder Plus. Изменение конструкции и внедрение новых электрических компонентов позволило вновь повысить летные характеристики и установить новые рекорды. В тот же период были созданы БПЛА Centurion и Helios Prototype схожего облика, но с иными характеристиками.
Опытные БПЛА от NASA и AeroVironment строились по общей схеме. Основным элементом конструкции было крыло большого удлинения размахом от 29,5 (Pathfinder) до 75 м (Helios). На крыле устанавливались электродвигатели с тянущими винтами (от 6 до 14 ед.) и гондолы с шасси и аппаратурой. Все аппараты серии имели дистанционное управление и могли нести некоторую полезную нагрузку.
Максимально возможная площадь крыла отдавалась под солнечные панели. В проекте Pathfinder они выдавали мощность 7,5 кВт, а в более позднем Centurion удалось получить более 30 кВт. В качестве запасного источника энергии использовались подзаряжаемые батареи. В поздних экспериментах также применялись топливные элементы.
Экспериментальные беспилотники не отличались высокой скоростью полета. Прямое крыло большого размаха ограничивало этот параметр 30-45 км/ч. При этом рекордные полеты совершались на высотах 24-29 км и продолжались не менее 12-18 ч.
Европейская серия
С 2003 г. велись работы по проектам серии Zephyr. Изначально новый БПЛА создавался британской компанией QinetiQ, но в дальнейшем работы передали военному отделению Airbus. Целью проекта являлось создание высотного беспилотника на солнечных батареях с большой продолжительностью полета, способного нести аппаратуру для наблюдения.
В середине десятилетия начались испытания уменьшенного аппарата-демонстратора технологий. Изделие Zephyr 6 продемонстрировало потенциал конструкции в целом и отдельных ее элементов. В 2008 г. этот БПЛА поднялся на высоту 19 км. Затем появился полноразмерный прототип Zephyr 7. В июле 2010 г. он установил рекорд продолжительности полета – более 14 сут. В 2018 г. очередной прототип, Zephyr 8 (Zephyr S) оставался в воздухе почти 26 сут.
БПЛА серии Airbus Zephyr получают крыло большого удлинения с поднятыми законцовками. Размах крыла наиболее крупного Zephyr 8 достигает 28 м. Масса – до 50-70 кг, из них не более 5 кг приходится на полезную нагрузку. На передней кромке крыла располагаются электродвигатели; на задней закреплена тонкая хвостовая балка с оперением. Почти вся верхняя поверхность крыла отдана под солнечные батареи. Кроме того, БПЛА имеет аккумуляторы, обеспечивающие полет в отсутствии солнечного света. Скорость полета не превышает 50-60 км/ч, однако целью проекта было получение высокой дальности, высотности и продолжительности.
Разработка проектов серии Zephyr продолжается. Выполняется совершенствование существующих машин с целью выполнения реальных задач, а также создаются новые образцы с иными характеристиками. На данный момент такие БПЛА рассматриваются в качестве носителей средств наблюдения, радиоэлектронной аппаратуры и т.д.
Из пилотируемых в беспилотные
Определенный интерес представляет проект Solar Impulse одноименной швейцарской компании. Он предлагает строительство пилотируемых самолетов на солнечных батареях. С 2009 г. в летных испытаниях участвуют две подобные машины. Со временем компания-разработчик заявила о намерении создать беспилотный вариант существующего самолета.
В ноябре 2019 г. компания Solar Impulse при содействии Leonardo и Northrop Grumman завершила перестройку одного из опытных самолетов в БПЛА. Летные испытания запланировали на 2020-21 гг., а в начале двадцатых возможен запуск мелкосерийного производства в интересах реальных заказчиков. Считается, что такой беспилотник имеет конкурентное преимущество в виде высоких летно-технических характеристик.
Solar Impulse 2, перестроенный в БПЛА, имеет прямое крыло размахом 72 м, под которым установлены фюзеляж облегченной конструкции и четыре гондолы электродвигателей. Использована комбинация солнечных батарей и аккумуляторов; пиковая мощность 66 кВт. Самолет развивал скорость до 140 км/ч и поднимался на 12 км. Расчетные характеристики беспилотной модификации будут выше. В частности, продолжительность полета собираются довести до 90 сут.
Ограниченные перспективы
В последние десятилетия в области БПЛА с солнечными батареями наблюдается серьезный прогресс. Разрабатываются и внедряются новые типы панелей, аккумуляторов и электромоторов с повышенными характеристиками; в конструкции планеров применяются современные материалы, обеспечивающие прочность и малую массу. При этом, несмотря на все усилия, подобные беспилотники пока не дошли до полноценной эксплуатации.
Несмотря на все усилия ученых, солнечные панели пока не отличаются высокой мощностью. Как следствие, под них приходится отдавать максимально возможную площадь при одновременном облегчении конструкции. Только при таких условиях энергии хватает для питания моторов и подзарядки аккумуляторов. Кроме того, необходимы меры, позволяющие сохранять энергоснабжение двигателей вне зависимости от интенсивности падающего света или при его отсутствии.
В результате пилотируемый самолет или БПЛА, построенный даже с применением прогрессивных технологий, получается крупным и недешевым, но не может нести значительную полезную нагрузку. Впрочем, он способен показывать высокие летные характеристики и потому представляет определенный практический интерес.
Способность к длительному полету на больших высотах может быть полезной при ведении разведки или мониторинга обстановки в разных ситуациях. Также предлагаются проекты «атмосферных спутников» – беспилотников большой продолжительности полета с аппаратурой ретрансляции радиосигналов. Такая техника, как ожидается, сможет долгое время находиться в заданном районе и обеспечивать постоянную связь, являясь более простой и дешевой заменой для космических аппаратов.
Очевидно, что при нынешнем уровне тактико-технических характеристик БПЛА на солнечных батареях не могут быть боевыми. Ограниченная грузоподъемность не позволит взять большой боезапас, а характерный облик повысит заметность для любых средств обнаружения. Впрочем, беспилотники-разведчики и ретрансляторы тоже могут быть интересны армиям.
Разработка БПЛА с солнечными батареями ведется в нескольких странах, и наблюдается заметный прогресс. Характеристики такой техники постепенно растут, и в обозримом будущем первые образцы вполне способны дойти до реальной эксплуатации. Впрочем, это направление не следует переоценивать. На практике подобные беспилотники, скорее всего, станут эффективным средством для заполнения отдельных ниш, в которых они смогут реализовать весь свой потенциал и не проявить характерные недостатки.
Источник