具有集成太陽(yáng)能電池的高空飛行器以及相關(guān)的系統(tǒng)和方法
【專利說(shuō)明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)?jiān)?5U.S.C. § 119(e)的規(guī)定下要求2013年7月10日提交的美國(guó)臨時(shí)申 請(qǐng)第61/844, 786號(hào)以及2014年6月20日提交的美國(guó)非臨時(shí)申請(qǐng)第14/310, 415號(hào)的優(yōu)先 權(quán)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本技術(shù)總的涉及具有集成太陽(yáng)能電池的高空飛行器以及相關(guān)的系統(tǒng)和方法。
[0004] 背景信息
[0005] 無(wú)人駕駛飛行器（UAV)最近因其可以執(zhí)行各種重要任務(wù)而沒(méi)有導(dǎo)致與有人駕駛 飛行器相關(guān)的成本和風(fēng)險(xiǎn)而劇增。典型UAV任務(wù)包括監(jiān)視和通信任務(wù)。然而，很多現(xiàn)有UAV 具有的一個(gè)缺點(diǎn)是，其具有有限續(xù)航時(shí)間并且因此可以保持空中待命（on-station)僅有 限的時(shí)間段。因此，其可能難以在延長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)持續(xù)提供前述任務(wù)。
[0006] 解決前述續(xù)航時(shí)間問(wèn)題的一個(gè)方法是提供太陽(yáng)能給UAV，從而可能使UAV能夠因 其在飛行的同時(shí)產(chǎn)生其需要的動(dòng)力而在延長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)保持空中待命。然而，這種系統(tǒng)往 往笨重且/或昂貴，這兩個(gè)因素使其難以以有競(jìng)爭(zhēng)性的價(jià)格提供監(jiān)視、通信和/或其它服 務(wù)。因此，有存在對(duì)以有競(jìng)爭(zhēng)性的價(jià)格提供長(zhǎng)續(xù)航時(shí)間無(wú)人駕駛飛行器服務(wù)的未滿足需求。
【附圖說(shuō)明】
[0007] 圖1A和1B是根據(jù)本技術(shù)的實(shí)施例的具有集成太陽(yáng)能電池的無(wú)人駕駛飛行器的局 部示意立體圖示。
[0008] 圖2是根據(jù)本技術(shù)的實(shí)施例的具有集成太陽(yáng)能電池的飛行器基板的局部分解圖 不。
[0009] 圖3A-3D示出了根據(jù)本技術(shù)的將太陽(yáng)能電池與飛行器基板集成的代表性過(guò)程。
[0010] 圖4A-4B示出了根據(jù)本技術(shù)的實(shí)施例的具有集成太陽(yáng)能電池的基板的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011] 本技術(shù)總的涉及具有集成太陽(yáng)能電池的高空飛行器以及相關(guān)的系統(tǒng)和方法。下面 參照具體飛行器構(gòu)造和太陽(yáng)能電池構(gòu)造描述所公開(kāi)技術(shù)的若干個(gè)實(shí)施例的具體細(xì)節(jié)，而在 其它實(shí)施例中，代表性系統(tǒng)可以包括具有與下面所述構(gòu)造不同的構(gòu)造的飛行器和/或太陽(yáng) 能電池。描述眾所周知且經(jīng)常與高空無(wú)人駕駛飛行器和/或太陽(yáng)能電池布置有關(guān)的、但可 能不必要地使本技術(shù)的某些顯著方面不清楚的結(jié)構(gòu)和/或過(guò)程的若干個(gè)細(xì)節(jié)，為了清楚起 見(jiàn)而不在下面描述中闡述。此外，雖然下面公開(kāi)闡述了本公開(kāi)技術(shù)的不同方面的若干個(gè)實(shí) 施例，但本技術(shù)的若干個(gè)其它實(shí)施例可具有與在該章節(jié)中描述的構(gòu)造和/或部件不同的構(gòu) 造和/或部件。因此，本公開(kāi)技術(shù)可具有設(shè)有額外元件且/或沒(méi)有下面參照?qǐng)D1A-4C描述 的元件中的若干個(gè)元件的其它實(shí)施例。
[0012] 圖1A是包括根據(jù)本技術(shù)的實(shí)施例構(gòu)造的飛行器120的航空系統(tǒng)100的局部示意 側(cè)視圖。飛行器120可以具體構(gòu)造成在由多個(gè)太陽(yáng)能電池110產(chǎn)生的電力下在非常高的高 度（例如，正好在地球大氣層內(nèi)）飛行。在具體實(shí)施例中，飛行器120包括聯(lián)接到一個(gè)或多 個(gè)機(jī)翼122或其它升力面的狹窄細(xì)長(zhǎng)機(jī)身121。機(jī)翼122可具有帶例如適于低速、高空、長(zhǎng) 續(xù)航時(shí)間飛行的顯著上反角或多面角（polyhedral)的高縱橫比。飛行器120可以進(jìn)一步包 括承載提供穩(wěn)定性和控制功能的一個(gè)或多個(gè)穩(wěn)定翼123的穩(wěn)定翼尾桁或尾部124。飛行器 120可以又進(jìn)一步包括推進(jìn)系統(tǒng)126,推進(jìn)系統(tǒng)126可以又包括一個(gè)或多個(gè)引擎機(jī)艙129,每 個(gè)引擎機(jī)艙容納給相應(yīng)推進(jìn)器127提供動(dòng)力的電動(dòng)機(jī)128。
[0013] 推進(jìn)系統(tǒng)126的電力由太陽(yáng)能電池110提供。太陽(yáng)能電池110可以布置在由飛行 器120承載的多個(gè)面板或陣列111中。飛行器的元件（例如機(jī)翼122和/或穩(wěn)定翼123) 可包括一塊或多炔基板150。在具體實(shí)施例中，如下面更詳細(xì)討論的，太陽(yáng)能電池110 (各個(gè) 呈面板的形式和/或呈其它的形式）可以與底層基板150集成以提高飛行器120的可制造 性、成本性能比和/或結(jié)構(gòu)效率。
[0014] 圖1B是包括具有與圖1A所示構(gòu)造不同的構(gòu)造的飛行器120的航空系統(tǒng)100的局 部示意側(cè)視圖。例如，推進(jìn)系統(tǒng)126包括單一引擎機(jī)艙129和單一推進(jìn)器127,并且穩(wěn)定翼 123定向成彼此正交。太陽(yáng)能電池110以與圖1A所示的飛行器120相同或大致類(lèi)似的方式 與飛行器結(jié)構(gòu)集成。圖2-4C示出了代表性集成技術(shù)的進(jìn)一步細(xì)節(jié)，如下所述。
[0015] 圖2是根據(jù)本技術(shù)的代表性實(shí)施例構(gòu)造的太陽(yáng)能電池組件156的一部分的局部分 解等軸側(cè)視圖。組件156包括承載多個(gè)太陽(yáng)能電池110的基板150。可選地，組件156可以 進(jìn)一步包括防護(hù)蓋153。蓋153可以放置在太陽(yáng)能電池110的面朝外的第一表面或活性表 面112上以保護(hù)活性表面112不受腐蝕和/或其它環(huán)境退化因素影響。太陽(yáng)能電池110具 有附連到基板150的反向面向的第二表面或背面113?；?50可以具有復(fù)合結(jié)構(gòu)。在具 體實(shí)施例中，基板150可以包括位于中心芯板152的相反兩側(cè)上的第一薄板151a和第二薄 板151b。在其它實(shí)施例中，基板150的復(fù)合結(jié)構(gòu)可具有在本技術(shù)范圍內(nèi)的其它物理布置。
[0016] 在代表性實(shí)施例中，太陽(yáng)能電池110與基板150集成，作為用于形成基板150的制 造過(guò)程的部分。由此產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)可以是整體結(jié)構(gòu)，例如太陽(yáng)能電池110與基板150緊密粘 結(jié)的整體結(jié)構(gòu)。例如，如圖2所示，形成組件156的元件可以以層疊的方式構(gòu)建在模制元件 140上。模制元件140因此可以包括接納形成組件156的層疊部件的平滑內(nèi)模制表面141。 定位成緊靠?jī)?nèi)模制表面141的組件156的表面形成圖1所示的飛行器120的面朝外的空氣 動(dòng)力面160。例如，組件156的面朝外的表面160可以形成圖1所示的機(jī)翼122和/或穩(wěn)定 翼123的面朝上或面朝外的裸露的部分。下面參照?qǐng)D3A-3D進(jìn)一步描述形成組件156的代 表性過(guò)程。為了說(shuō)明目的，僅部分代表性較大組件156 (例如，大小設(shè)置成形成整個(gè)機(jī)翼表 面或這種表面的大部分）在圖3A-3D中示出。
[0017] 從圖3A開(kāi)始，模制元件140(以及具體地說(shuō)內(nèi)模制表面141)可以以相應(yīng)于承載太 陽(yáng)能電池110的外表面的所需形狀的方式成形。例如，內(nèi)模制表面141可以具有產(chǎn)生圖1 所示的機(jī)翼122或穩(wěn)定翼123的彎曲表面的廓形（profile)。所示內(nèi)模制表面141可以成 形成產(chǎn)生上機(jī)翼表面，并且互補(bǔ)模制元件（圖3A中未示出）可以具有用于形成下機(jī)翼表面 的內(nèi)模制表面。由此產(chǎn)生的機(jī)翼半部然后可以粘結(jié)在一起（例如，在前緣和后緣）以形成 完整機(jī)翼。
[0018] 在其它實(shí)施例中，表面可以根據(jù)其它技術(shù)形成。例如，內(nèi)模制表面141可以是平坦 的，而由此產(chǎn)生的組件156可以足夠柔性以鋪在一組彎曲肋或其它支撐件上。組件156 (或 多個(gè)粘結(jié)的組件156)可以接著在升高的溫度下后固化以將組件156硬化成最終的彎曲形 狀。
[0019] 在其中防護(hù)蓋153用于保護(hù)太陽(yáng)能電池110的具體實(shí)施例中，蓋153可以面朝下 布置在內(nèi)模制表面141上。在具體實(shí)施例中，模制表面141被拋光和/或打蠟或以別的方 式處理以產(chǎn)生蓋153和/或形成組件的其它元件不會(huì)粘貼到的表面。防護(hù)蓋153可以包括 背離內(nèi)模制表面141面朝上的第一粘合劑154。防護(hù)蓋153和第一粘合劑154至少在激活 太陽(yáng)能電池110的電流產(chǎn)生功能的波長(zhǎng)下可以是透明的。太陽(yáng)能電池110在活性表面112 與第一粘合劑154接觸的情況下可以接著面朝下布置到防護(hù)蓋153上。
[0020] 太陽(yáng)能電池110的背面或第二表面113 (在圖3A中面朝上）可以承載用于輸送由 太陽(yáng)能電池110產(chǎn)生的電流的一個(gè)或多個(gè)觸點(diǎn)115(例如，焊盤(pán)、端子或其它結(jié)構(gòu)）。制造過(guò) 程可以包括將電連接器114附連到在觸點(diǎn)115處的背面113 (例如通過(guò)焊接接頭或其它合 適接頭）以將電流從一個(gè)太陽(yáng)能電池110傳遞到另一個(gè)。太陽(yáng)能電池110可以根據(jù)太陽(yáng)能 電池的具體陣列的目標(biāo)電壓和電流要求并聯(lián)地或串聯(lián)地電氣連接。在典型安裝中，一些太 陽(yáng)能電池110可以并聯(lián)布置，而另一些串聯(lián)布置。包括太陽(yáng)能電池110和電連接器114的 整個(gè)電氣系統(tǒng)還可以包括阻塞二極管和/或其它電路元件以控制電流在太陽(yáng)能電池110之 間的流動(dòng)。
[0021] 在圖3B中，第二粘合劑155已經(jīng)涂敷到太陽(yáng)能電池110的背面113。根據(jù)實(shí)施例， 第二粘合劑155可以用刷子涂敷，和/或可以采用薄膜和/或噴涂的形式。在具體實(shí)施例 中，（例如，當(dāng)?shù)诙澈蟿?55噴涂到太陽(yáng)能電池110上時(shí)），涂敷第二粘合劑155的過(guò)程可 以包括將掩膜180放置在組件156上。掩膜180可以包括與太陽(yáng)能電池110的背面113對(duì) 準(zhǔn)的掩膜孔或開(kāi)口 181，從而允許粘合劑沉積在背面113上而沒(méi)有沉積在其它表面（例如， 內(nèi)模制表面141)上。在其它實(shí)施例中，掩膜180可以被取消并且第二粘合劑可以涂敷到背 面113以及也可能地涂敷到裸露的第一粘合劑154。
[0022] 在圖3C中，組件156的其余元件已經(jīng)定位在裸露的第一粘合劑154 (由防護(hù)薄板 153承載并且在圖3B中可見(jiàn)）和裸露的第二粘合劑155 (由太陽(yáng)能電池1