柔性太阳能电池的支撑框架和平流层飞艇的制作方法

1.本实用新型涉及柔性太阳能电池技术领域，尤其涉及一种柔性太阳能电池的支撑框架及一种平流层飞艇。


背景技术：

2.目前，平流层飞艇主要采用柔性囊体材料总体设计，为了更好地实现平流层飞艇在临近空间高度跨昼夜可控飞行，其良好的能源供应和能源循环是必须的。传统的锂离子电池可以提供较大的比能量，其供电能力也较强，但是锂电池本身比较重，且不能实现能源循环，这对飞艇实现跨昼夜飞行带来了挑战。
3.而柔性太阳能电池比较轻，技术比较成熟，可以将光能有效的转化为电能，在平流层飞艇飞行过程中，柔性太阳能电池在白天时可以通过太阳光照储能，在晚上时可以给飞艇提供所需的电能，在平流层飞艇上应用具有巨大优势，其较高的电能转化效率，可以为飞艇提供源源不断的电能输入，从而可以解决飞艇的能源循环问题。
4.但是，柔性太阳能电池在飞艇上的结构设计和铺设技术却很大的影响了其使用效率，若用于铺设太阳能电池的支撑框架刚度太弱，则在较大风载作用下可能发生大面积的太阳能电池阵折断损伤，造成飞艇能源循环受阻，影响飞艇飞行寿命。若铺设太阳能电池的支撑框架刚度太大，则框架结构可能对囊体材料产生剥离损伤，导致飞艇受损影响飞行寿命。基于此，提供一种新型的柔性太阳能电池的支撑框架成为亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.本实用新型提供一种柔性太阳能电池的支撑框架及一种平流层飞艇，用以解决现有技术中柔性太阳能电池的支撑框架刚度不合适的缺陷。
6.本实用新型提供一种柔性太阳能电池的支撑框架，包括多个子框架，多个所述子框架沿其宽度方向和长度方向拼接，以形成所述支撑框架，其中，每个所述子框架包括：多个碳纤维连接管和多个碳纤维接头，每个所述碳纤维接头的每个接头分别与所述碳纤维连接管连接，以形成所述子框架。
7.根据本实用新型提供的一种柔性太阳能电池的支撑框架，多个所述碳纤维接头包括多个碳纤维直角接头，每个所述碳纤维直角接头的两端分别与所述碳纤维连接管连接，以形成所述子框架。
8.根据本实用新型提供的一种柔性太阳能电池的支撑框架，多个所述碳纤维接头还包括：多个碳纤维三通接头，每个所述碳纤维三通接头的第一接头和第二接头分别将两个所述碳纤维连接管连接，以形成所述子框架的长边，每两个所述碳纤维三通接头的第三接头与一个所述碳纤维连接管连接，以形成所述子框架的中间支撑部。
9.根据本实用新型提供的一种柔性太阳能电池的支撑框架，所述碳纤维接头与所述碳纤维连接管的连接处涂有环氧树脂胶。
10.根据本实用新型提供的一种柔性太阳能电池的支撑框架，所述碳纤维连接管的外
径为8
‑
10mm，所述碳纤维连接管的壁厚为1
‑
1.5mm。
11.根据本实用新型提供的一种柔性太阳能电池的支撑框架，还包括多个柔性防护套，每个所述柔性防护套分别套设在所述碳纤维连接管和所述碳纤维接头的外部。
12.根据本实用新型提供的一种柔性太阳能电池的支撑框架，所述柔性防护套沿其直径方向的截面包括第一截面和第二截面，所述第一截面的直径大于所述第二截面的直径。
13.根据本实用新型提供的一种柔性太阳能电池的支撑框架，所述柔性防护套的壁厚为1.5mm。
14.根据本实用新型提供的一种柔性太阳能电池的支撑框架，还包括多个柔性太阳能电池片，每个所述柔性太阳能电池片分别铺设在每个所述子框架。
15.本实用新型还提供一种平流层飞艇，包括囊体搭扣和如上所述的柔性太阳能电池的支撑框架，所述支撑框架通过所述囊体搭扣与所述平流层飞艇的艇体连接。
16.本实用新型提供的柔性太阳能电池的支撑框架，通过将支撑框架的连接杆和连接接头设计成碳纤维连接管和碳纤维接头，最大程度地减轻了支撑框架的重量，克服了传统金属材料结构较重的问题，同时，碳纤维连接管具有较好的刚度性能和抗弯性能，解决了现有的支撑框架刚度太大或刚度太小带来的系列问题，为平流层飞艇实现能源循环提供了有效的技术支撑。
附图说明
17.为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1是平流层飞艇与柔性太阳能电池的支撑框架的铺设示意图；
19.图2是图1中示出的柔性太阳能电池的支撑框架的结构示意图；
20.图3是固定搭扣的结构示意图；
21.图4是囊体搭扣的结构示意图；
22.附图标记：
23.10：子框架；
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11：碳纤维连接管；
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12：碳纤维直角接头；
24.13：碳纤维三通接头； 14：柔性防护套；
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15：固定搭扣；
25.20：柔性太阳能电池片；
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100：支撑框架；
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131：第一接头；
26.132：第二接头；
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133：第三接头；
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200：平流层飞艇；
27.201：囊体搭扣。
具体实施方式
28.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
29.下面结合图1
‑
图4描述本实用新型的柔性太阳能电池的支撑框架及平流层飞艇。
30.如图2所示，在本实用新型的一个实施例中，柔性太阳能电池的支撑框架100包括多个子框架10，多个子框架10沿其宽度方向和长度方向拼接，以形成支撑框架100，其中，每个子框架10包括：多个碳纤维连接管11和多个碳纤维接头，每个碳纤维接头的每个接头分别与碳纤维连接管11连接，以形成该子框架10。
31.具体来说，柔性太阳能电池的支撑框架100是由多个子框架10拼接在一起形成的整体框架，根据平流层飞艇200艇体的尺寸大小，支撑框架100可由不同数量的子框架10拼接而成。每个子框架10由多个碳纤维连接管11和多个碳纤维接头组成，每个碳纤维连接管11均为中空结构，采用碳纤维连接管，并将连接管设置为中空结构，其目的是实现支撑框架的最大程度轻量化，同时获得较好的刚度性能和抗弯性能。
32.进一步地，根据柔性太阳能电池片20的尺寸大小和形状，子框架10可设置成多种形状。如所采用的柔性太阳能电池片20为矩形时，碳纤维接头可采用碳纤维直角接头12，通过多个碳纤维直角接头12将多个碳纤维连接管11连接，可得到矩形的子框架10。相应地，如所采用的柔性太阳能电池片20的形状为正六边形时，所采用的碳纤维接头两个接头之间呈120
°
。
33.可以理解的是：根据柔性太阳能电池片20的形状，通过采用不同角度的碳纤维接头，可以组成多种形状的子框架10。
34.进一步地，当所采用的柔性太阳能电池片20为矩形时，且其尺寸较小时，每个子框架10可以为由多个碳纤维连接管11和多个碳纤维直角接头12组成“口”字形结构，柔性太阳能电池片20铺设在“口”字形结构上。具体地，如子框架10的长边和短边均采用一个碳纤维连接管11。
35.当所采用的柔性太阳能电池片20的尺寸较大时，也可在每个子框架10的长边的中部设置碳纤维三通接头13，碳纤维三通接头13的位于同一直线上的两个接头分别连接两个碳纤维连接管11，形成子框架10的长边，碳纤维三通接头13的另一个接头与另一条长边上设置的碳纤维三通接头13的一个接头一起连接一个碳纤维连接管11，该碳纤维连接管11形成在子框架10的中部，使该子框架10形成“日”字形结构。
36.进一步地，支撑框架100可以为多个“口”字结构或多个“日”字结构所组成的结构。
37.进一步地，根据所采用的碳纤维连接管11和碳纤维接头的直径大小，在将碳纤维连接管11与碳纤维接头连接时，既可将碳纤维连接管11的两端插设在碳纤维接头的两个接头孔内，也可将碳纤维接头的两个接头插设在碳纤维连接管11的内部。
38.本实用新型实施例提供的柔性太阳能电池的支撑框架，通过将支撑框架的连接杆和连接接头设计成碳纤维连接管和碳纤维连接接头，最大程度地减轻了支撑框架的重量，克服了传统金属材料结构较重的问题，同时，碳纤维连接管具有较好的刚度性能和抗弯性能，解决了现有的支撑框架刚度太大或刚度太小带来的系列问题，为平流层飞艇实现能源循环提供了有效的技术支撑。
39.在本实用新型的一个实施例中，碳纤维接头包括多个碳纤维直角接头12，每个碳纤维直角接头12的两端分别与碳纤维连接管11连接，以形成子框架10。
40.具体来说，在本实施例中，子框架10采用“口”字形结构。每个碳纤维直角接头12的两端分别与一个碳纤维连接管11连接，以形成该子框架10。
41.进一步地，如图2所示，在本实用新型的一个实施例中，碳纤维接头还包括多个碳纤维三通接头13，在本实施例中，子框架10采用“日”字形结构。每个碳纤维三通接头13的第一接头131和第二接头132分别将两个碳纤维连接管11连接，以形成子框架10的长边，每两个碳纤维三通接头13的第三接头133与一个碳纤维连接管11连接，以形成子框架10的中间支撑部。
42.具体来说，当采用的柔性太阳能电池片20的尺寸较大时，在安装子框架10时，可在子框架10的两个长边处各设置一个碳纤维三通接头13，每个碳纤维三通接头13的第一接头131和第二接头132分别将两个碳纤维连接管11连接，以形成子框架10的一个长边，子框架10的短边采用一个碳纤维连接管11，子框架10的长边和短边通过碳纤维直角接头12连接，两个碳纤维三通接头13的第三接头133连接一个碳纤维连接管11，该碳纤维连接管11位于子框架10的中部，起到中间支撑的作用，进而使子框架10形成“日”字形结构。
43.进一步地，在本实用新型的一个实施例中，可选地，如将子框架10短边的长度设计为l，则子框架10长边的长度为1.2
‑
1.5l，具体地，在本实用新型的一个实施例中，碳纤维连接管11的外径为8
‑
10mm，其壁厚为1
‑
1.5mm。
44.进一步地，在本实施例中，碳纤维直角接头12和碳纤维三通接头13的接头内径大于碳纤维连接管11的外径，在连接时，碳纤维连接管11插设在碳纤维直角接头12或碳纤维三通接头13的接头孔内。
45.在本实用新型的一个实施例中，碳纤维接头与碳纤维连接管11的连接处涂有环氧树脂胶。
46.具体来说，碳纤维连接管11插设在碳纤维直角接头12或插设在碳纤维三通接头13内，在碳纤维连接管11与碳纤维直角接头12，或碳纤维连接管11与碳纤维三通接头13连接的位置涂覆j
‑
250环氧树脂胶粘剂进行粘接连接，以保证子框架10的整体结构满足刚度和强度要求。
47.如图2所示，在本实用新型的一个实施例中，柔性太阳能电池的支撑框架100还包括多个柔性防护套14，每个柔性防护套14分别套设在每个碳纤维连接管11和碳纤维接头的外部。
48.具体来说，在将碳纤维连接管11与碳纤维接头连接前，先在碳纤维连接管11的外部套设柔性防护套14，柔性防护套14的长度大于碳纤维连接管11的长度，以在碳纤维连接管11与碳纤维接头连接后，柔性防护套14能够将碳纤维接头套设在内部。进一步地，在本实用新型的实施例中，柔性防护套14套设在碳纤维连接管11、碳纤维直角接头12和碳纤维三通接头13的外部。
49.进一步地，在本实用新型的一个实施例中，可选地，柔性防护套14的材质为抗低温的软硅胶或软橡胶或其他材料。
50.进一步地，在本实用新型的一个实施例中，由于碳纤维直角接头12和碳纤维三通接头13的外径大于碳纤维连接管11的外径，柔性防护套14套设在碳纤维直角接头12和碳纤维三通接头13处的内径大于柔性防护套14套设在碳纤维连接管11处的内径，即柔性防护套14套设在碳纤维直角接头12和碳纤维三通接头13处的截面为第一截面，柔性防护套14套设在碳纤维连接管11处的截面为第二截面，其中，第一截面的直径大于第二截面的直径。
51.进一步地，在本实施例中，柔性防护套14的壁厚均匀一致，可选地，其壁厚均为
1.5mm。
52.本实用新型实施例提供的柔性太阳能电池的支撑框架，通过在碳纤维连接管、碳纤维直角接头和碳纤维三通接头的外部套设柔性防护套，避免了碳纤维连接管在飞艇上升过程中由于风载影响，发生较大变形进而对艇体囊体材料造成损伤。
53.如图2所示，在本实用新型的一个实施例中，柔性太阳能电池的支撑框架100还包括多个柔性太阳能电池片20，每个柔性太阳能电池片20分别铺设在每个子框架10的上方，并通过柔性太阳能电池片20上的固定搭扣15与每个子框架10连接。
54.具体来说，在本实用新型的一个实施例中，支撑框架100包括12个子框架10，也即支撑框架上铺设有12个柔性太阳能电池片20。进一步地，可根据飞艇的体积或飞行任务要求，在飞艇的艇体上铺设不同数量的柔性太阳能电池片20，以为飞艇昼夜飞行提供循环能源。
55.进一步地，如图3所示，在本实用新型的一个实施例中，固定搭扣15为圆管形，其表面开设有凹槽。固定搭扣15设置在每块柔性太阳能电池片20的四周，固定搭扣15上的凹槽可卡接在子框架10的柔性防护套14的外部，从而将柔性太阳能电池片20固定在子框架10。
56.本实用新型实施例提供的柔性太阳能电池的支撑框架，相比传统金属结构设计，其结构减重30％以上，并且强度和刚度均设计在合理的范围内，保证框架结构具有可靠的抗弯性能，根据飞艇不同的能源使用需求，可对支撑框架的结构尺寸、抗弯和刚度性能进行设计，并对柔性太阳能电池片的铺设数量进行设计。在碳纤维连接管的外部套设柔性防护套，可防止框架局部破坏对囊体材料造成损伤，同时可以对飞艇囊体材料进行有效的保护，确保飞行试验顺利进行。同时，本实用新型实施例提供的柔性太阳能电池的支撑框架为其他型号的飞艇柔性太阳能电池铺设提供了参考和借鉴。
57.如图1所示，本实用新型实施例还提供了一种平流层飞艇200，包括囊体搭扣201和柔性太阳能电池的支撑框架100，支撑框架100通过囊体搭扣201与平流层飞艇200的艇体连接。
58.具体来说，如图4所示，在本实用新型的一个实施例中，囊体搭扣201为圆管形，其表面开设有凹槽。囊体搭扣201设置在整个支撑框架100的四周，囊体搭扣201上的凹槽与艇体连接在一起，每个柔性太阳能电池片20为一个柔性太阳能电池子阵，多个柔性太阳能电池片20铺设成太阳能电池阵，为平流层飞艇200飞行提供稳定的能源循环和电能输出。
59.本实用新型实施例提供的平流层飞艇，通过在飞艇的艇体上铺设多个柔性太阳能电池片，能够为飞艇跨昼夜飞行提供稳定的能源循环和电能输出，确保了平流层飞艇飞行试验顺利进行。
60.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。