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空客碳纤维临空无人机完成2021年夏季试飞,成功实现长航时连续临空飞行
发布时间:2021-10-18
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由空客公司研发的碳纤维复合材料密集型Zephyr S临近空间太阳能无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)已在美国成功完成了2021年的夏季试飞活动。此次太阳能驱动的高空平台系统(high altitude platform systemHAPS)于9月13日在亚利桑那州着陆,从而结束了2021年最后一次也是最成功的测试飞行。

 

此次成功试飞重要意义体现在以下几个方面:

实现了 36 天的平流层飞行,证明了 Zephyr 无人机作为唯一能够在平流层中进行长时间飞行的 HAPS 的地位;

创造了 76,100 英尺(23915米)绝对高度的新世界纪录;

在美国国家空域系统 (NAS) 内运行,并获得 FAA 飞行批准;

经验证,Zephyr 可以在平流层实现大约 2,435 总飞行小时,并展示了精确的平流层机动性和地面上定点保持。

 

Zephyr 无人机是英国战略司令部的一项重要计划,作为一种运行于平流层区域无人机,通过基于ELO的太阳能电池完全依靠太阳能运行,旨在以零碳排放提供持久的本地卫星式服务。它采用碳纤维复合材料制造,比Zephyr 7轻30%,可以着陆、配备新一代有效载荷并重新部署。它还能够从起飞到着陆自主飞行,并可从地面控制站进行远程操作。

 

此次飞行测试过程中总共有6次飞行活动,包括4次低空试飞和2次平流层飞行。在平流层飞行测试中,每次飞行时长18天,总计超过36天。这在以往Zephyr无人机的2435个平流层飞行小时纪录的基础上又增加了887个飞行小时,标志着固定翼HAPS取得了重大进展,在平流层中实现可操作飞行的道路上迈出了重要一步。

 

空中客车公司无人机系统负责人Jana Rosenmann介绍,正式基于可靠的且经验证的超持久性、平流层灵活性和有效载荷互操作性等系列特性,使得Zephyr成为临近空间太阳能无人机领域的领导者。

 

空客公司表示,凭借Zephyr太阳能无人机在平流层中一次停留数月的能力,它将为商业和军事客户带来新的能力,其中包括改进灾害管理、监测野火或漏油蔓延;它还能够进行持续监测,追踪世界不断变化的环境景观,并能够向世界上最偏远的地区提供通信。

 

什么是临空无人机?

 

临近空间是指高于普通航空器飞行高度,而低于轨道飞行器运行空间的区域,一般指距地面20-100km的空域。在临近空间,太阳辐射接近外太空,受气象条件影响小,在此空域飞行,太阳能飞行器能最大限度利用太阳能,具备超长航时的特点,实现长达数月至数年的持续飞行。

 

临近空间太阳能无人机(简写:临空无人机)是指在临近空间区域利用太阳光辐射能作为动力在高空连续飞行数周以上的无人驾驶飞行器,它利用光电池将太阳能转化为电能,通过电动机驱动螺旋桨旋转产生飞行动力。如果不考虑部件寿命,这种飞行器理论上可以实现“永久飞行”,具备“准卫星”特征,也被称为“大气层卫星”,可代替低轨道卫星的部分功能。

 

由于部署灵活、经济性好等优势,长航时临近空间太阳能无人机成为执行情报、侦察、监视和通信中继等任务的理想空中平台。可广泛应用于军民融合领域,包括重大自然灾害预警、常态化海域监管、应急抢险救灾、反恐维稳等公益事业领域,以及偏远地区互联网无线接入、移动通信、数字电视信号广播等商业及产业类领域。

 

基于轻质化、高刚度等特性需求,临近空间无人机系统中必须采用具有高刚度、高强度特性的高模高强碳纤维复合材料;2021年9月,由宁波材料所碳纤维团队承担的“高模高强碳纤维(CNI QM55级)国产化关键技术研发及在临近空间无人机中央翼主梁中的应用”项目通过成果鉴定,针对临近空间无人机用高模高强碳纤维国产化迫切需求,成功完成了国产高模高强碳纤维稳定制备、复合材料性能优化提升、大型结构件成型加工及飞行验证(延伸阅读),从而为国内临近空间无人机发展提供了国产化材料解决方案。

 

空客公司临空无人机研发历史

2003年,Zephyr临近空间太阳能无人机概念提出。

2005年,翼展达12米的两架原型Zephyrs飞行至最高海拔27,000英尺,飞行时间为4.5小时和6小时。

2010年Zephyr原型无人机翼展提高到18米,于2010年7月9日开始进行飞行试验,并在21,561米的高空停留14晚(336小时22分钟)。

2018年7月,Zephyr S HAPS无人机翼展达到25米,而飞行时间更是增加到25天。

2021年9月,Zephyr S HAPS无人机完成长航时飞行,在平流层飞行时间超过36天。

综上可知,从无人机概念提出到目前能够实现36天长航时飞行,空客公司经过了近20年时间。(来源:碳纤维及其复合材料技术)

 

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