Летательный аппарат и способ его энергетического обеспечения

Изобретение относится к области воздухоплавательной техники, а более конкретно - к способу энергетического обеспечения летательного аппарата при помощи солнечных батарей, использующих эффект альбедо 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 эффекта альбедо.

(от лат. albus - белый) - характеристика диффузной отражательной способности поверхности.

Значение альбедо для данной длины волны или диапазона длин волн зависит от спектральных характеристик отражающей поверхности, поэтому альбедо отличается для разных спектральных диапазонов (оптическое, ультрафиолетовое, инфракрасное альбедо) или длин волн (монохроматические альбедо).

Истинное или плоское альбедо - коэффициент диффузного отражения, то есть отношение светового потока, рассеянного плоским элементом поверхности во всех направлениях, к потоку, падающему на этот элемент. Обычно определяется с помощью специального фотометрического прибора -альбедометра.

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 А340 (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, что существенно снижает энерговооруженность летательного аппарата, что легко видеть из технических характеристик указанных аналогов.

Задачи изобретения решены и недостатки прототипа устранены в реализованном согласно настоящему изобретению способе энергетического обеспечения 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 двигатели, при помощи солнечных батарей, использующий эффект альбедо, заключающийся в улавливании рассеянного и отраженного светового излучения как от подстилающей поверхности, так и от находящегося выше или ниже летательного аппарата облачного покрова, отличающийся тем, что для выработки электрической энергии используют солнечные батареи, преобразующие рассеянное и отраженное от подстилающей поверхности, включая облака, находящиеся выше или ниже летательного аппарата, излучения как видимого, так и ультрафиолетового спектра, при этом солнечные батареи размещают как на нижней, обращенной во время полета к земле части крыльев, при их наличии, и корпуса летательного аппарата, так и на верхней их поверхности, а также необязательно на боковых поверхностях его корпуса или фюзеляжа и на соединенных с летательным аппаратом конструкциях, несущих дополнительные солнечные батареи, служащие для повышения энерговооруженности летательного аппарата.

Технически целесообразно в данном способе после получения электрической энергии от солнечных батарей накапливать ее в суперконденсаторах, размещенных как на борту летательного аппарата, так и на соединенных с летательным аппаратом конструкциях, несущих дополнительные солнечные батареи, служащие для повышения энерговооруженности летательного аппарата.

За счет реализации заявленного способа достигаются следующие технические результаты:

- существенно (приблизительно в столько раз, во сколько возрастает 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, 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, винтомоторные и турбореактивные 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 полной эко логичности.

1. Способ энергетического обеспечения летательного аппарата тяжелее воздуха, предназначенного для движения в тропосфере и/или стратосфере при помощи электрических двигателей, приводимых в действие при помощи солнечных батарей, использующих эффект альбедо, заключающийся в улавливании рассеянного и отраженного светового излучения как от подстилающей поверхности, так и от находящегося выше или ниже летательного аппарата облачного покрова, отличающийся тем, что для выработки электрической энергии используют солнечные батареи, преобразующие рассеянное и отраженное от подстилающей поверхности, включая облака, находящиеся выше или ниже летательного аппарата, излучения как видимого, так и ультрафиолетового спектра, при этом солнечные батареи размещают как на нижней, обращенной во время полета к земле части крыльев и корпуса летательного аппарата, так и на верхней их поверхности, а также необязательно на боковых поверхностях его корпуса или фюзеляжа, отличающийся тем, что с летательным аппаратом соединены дополнительные конструкции, несущие солнечные батареи, и после получения электрической энергии от солнечных батарей ее накапливают в суперконденсаторах, размещенных как на борту летательного аппарата, так и на дополнительных конструкциях, соединенных с летательным аппаратом.

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