这个想法似乎很棒：将太阳能电池板放在无人机上，然后他就不需要电池了。 没有它，可以在阳光明媚的时候控制无人机。 这很棒（假设您的意图是纯粹的）。 这正是
新加坡国立大学学生所做的。
但是从视频中可以清楚地看到，他们的无人机像叶子一样平坦。 因此，实际上，问题是：这样的设备可以具有什么质量和大小，以便仅依靠太阳能就可以上升到空中？ 我将回答这个问题，并为您提供一个用于太阳能直升机的专用计算器。
太阳能发电
功率是单位时间的能量，以瓦特为单位。 理想情况下，您需要将所有能量从太阳能电池板转移到飞行中。 这意味着不需要电池来临时存储能量，这是件好事，因为这只会增加质量。 但是，您可以从太阳能电池板中挤出多少能量？ 这是真正的问题。
太阳能电池板的能量输出取决于以下值：
- 太阳的力量。 地球表面的太阳能功率约为每平方米1000瓦。 如果不更改太阳，则无法更改此值（不建议这样做）（E）
- 太阳能电池板的尺寸。 电池越大，电量越多。 让我们从0.04 m 2 （A）开始
- 太阳能电池的效率。 仅仅因为1000 W / m 2落在面板上并不意味着所有这些能量都将转化为电能。 在我看来，可靠的数字是28％（e）
- 定向角。 最好使阳光垂直照射到面板上。 但是太阳很可能不会达到顶峰。 角度θ= 45°怎么办？
结果，我们根据以下等式获得了能量产量：
这就是太阳能。
飞行能量
计算直升机的飞行能量要困难一些。 尽管如此，这种计算对于在空中支持下起飞的任何飞机都是正确的。
让我们从力量和运动的本质开始。 为了达到静止物体的速度，需要强度。 力的大小取决于物体的质量，速度的大小以及物体改变的时间。 我们将用空气代替物品-这正是我们的飞行器具。 可以使用大量的空气或较大的转子面积来增加反作用力。 也可以通过提高空气速度来增加它。
四旋翼推力模拟
旋转
转子的空气动力学特性不容小tri。 但是，这些问题并没有使我早些时候就建立简化模型。 在下一个极其简化的物理模型中，我将假定直升机的推力是由于向下运动的空气的动量变化而出现的。 为了使直升机飞行获得足够的牵引力，我们有两种方法。 您可以取一个小螺丝并迅速将空气向下推，也可以取一个大螺丝并较慢地推动空气。
如果螺杆面积为A，空气密度为ρ，则升力以空气速度表示如下：
功率呢？ 功率是空气动能的变化除以时间段。 空气越快，动能越大，时间间隔越短。 我在
一篇有关肌肉动力
飞行器的
文章中引用了该公式的完整结论。 这是权力的表达。
由于功率与风速的立方成正比，因此对于具有肌肉力量的直升机，功率应较小，这意味着直升机必须较大。
就是这样 。
现在到我最喜欢的时间表。 我知道我的模型可能完全站不住脚，所以我研究了真实直升机上的数据。 根据螺旋桨的质量和大小，您可以计算飞行功率并将其与指定的发动机功率进行比较。 这是一张图表-一些直升机的计算功率与指示功率的关系。
我对数据的线性感到非常惊讶。
更多直升机数据
我的一个沉迷于创建自己的直升机的朋友向我展示
了T-Motor网站 ，该
网站列出了许多电动机及其效率数据。 这里是列出的规格：
- 大小
- 电压
- 当前。
- 推力取决于油门。
- 转速
- 功率是电流和电压的乘积。
该怎么办？ 由于我具有螺丝的大小和推力，因此可以计算出空气速度。 它可用于计算理论功效并与指定值进行比较。 这就是我得到的。
是的 仍然是线性的。 在这里，我已经有点担心了-我简化的直升机推力模型在如此大的规模上运作似乎不太可能。 此外，甚至曲线的斜率也相似-0.656和0.411。 这个斜率是什么意思？ 这意味着我的设计能力大约要低2倍。 如果将功率写为：
然后，计算出的功率将与指定功率匹配。 不确定平局从何而来。 也许我在计算平均风速时采用导数会出错。
如果我们有数据，我们可以制定另一个时间表，即奖品。 我估算的空气速度对螺杆旋转速度的依赖性。
这是什么意思？ 转子叶片旋转得越快，空气运动就越快。 我怀疑这里还有另一个变量很重要-刀片的倾斜度。
回到太阳能
但是我们不需要牵引力，我们需要力量。 空气速度的增加会增加其动能。 动能增加得越快，为此需要的功率就越大。
这意味着您可以在飞机上使用能够快速推动空气的小型螺旋桨，或者使用能够将空气推进速度较慢的大型螺旋桨。 但是这两种选择的能量是不同的。 动能与速度的平方成正比，因此较小的螺旋桨需要更多的能量才能飞行。 因此，真正具有肌肉力量的直升机必须足够大以至于具有足够的人力。
功率计算
我没有考虑到直升机，螺旋桨和太阳能电池板的尺寸及其有效性的所有可能选择，我只是制作了一个计算器-
一个Python程序，该
程序可以使用给定参数计算机器飞行所需的螺丝尺寸。
根据我的初步估计，我的螺丝直径为5.9厘米，听起来很可信。 现在，所有质量增加或太阳能电池板尺寸变化的选项都可以在计算器上计算。