瑞士太阳能动力公司设计了一架能环游世界的太阳能飞机，它能在夜间靠储存的能量飞行。太阳能动力2号(Si2)使用零燃料，零排放。飞机和飞行员必须能够在两次着陆之间飞行最多5天5夜。一架太阳能飞机可以在没有太阳的情况下不使用一滴燃料就能飞行，这是一项巨大的成就，也是一项工程壮举。

Si2刚刚完成了环球飞行的穿越太平洋部分。周一到目前为止，“阳光动力号”已经完成了横穿美国的旅程创下8项世界纪录．

“这个项目的复杂性令人难以置信地高，因为这架飞机上的一切都是新的:新的推进装置、新能源、新结构、新材料，”太阳能动力公司首席执行官、联合创始人兼飞行员André Borschberg说。

做第一个并不总是容易的，但它确实给了你处理任务的灵活性。对于“阳光动力号”的工程师来说，这意味着没有蓝图就可以从头开始设计飞机MATLAB而且基于模型的设计．

以下是“阳光动力号”的工程师们所面临的4个设计考虑因素，这些因素在典型的飞机设计中并不是主要考虑因素:

1.如何设计一架翼展只有747，重量却只有汽车的飞机

当然，所有的飞机设计都必须考虑重量:飞机越轻，燃油经济性越好，载货或乘客越多，等等。但这架太阳能飞机需要在重量和功率设计上进行权衡。

团队必须决定如何对功率和重量进行预算，以及在哪里投资冗余。团队转向基于模型的设计来解决这些问题。

“如果不使用模型和基于模型的设计，阳光动力飞机的配置就不可能设计出来，”阳光动力飞行测试和动力学负责人拉尔夫·保罗(Ralph Paul)说。

设计问题是机翼的二面角、垂直尾翼的尺寸、发动机的位置和功率以及其他因素之间的经典反馈循环。该团队反复设计参数，以找到最佳的折衷方案。

在下面的例子中，他们进行了灵敏度研究，以确定为了安全运行，副翼伺服系统和方向舵伺服系统需要冗余。基于模型的设计和仿真表明，在使用2个方向舵伺服的情况下，飞行员仍然可以用1个副翼伺服控制飞机的航向。这从总体预算中节省了一些重量和功率。

2.每日能量循环:需要保持飞机在空中直到太阳升起!

在白天上午10点到下午4点之间以90公里/小时(56英里/小时)的最高速度飞越太平洋是不可能的。Si2不够快。事实上，Si2花了62小时29分钟完成了从火奴鲁鲁到加州山景城2402英里的飞行。为了全天候飞行，飞机必须能够储存能量。

其中一个储能机制是显而易见的:17000个太阳能电池在白天为电池充电。储存的能量用于在夜间为四台17.5马力的电动机提供动力。

能量储存的第二个机制是势能。传统的飞机在爬升时使用燃料，但Si2可以在爬升时增加燃料。所以这项任务的设计是在白天以重力势能的形式储存能量。

Si2在白天上升到大约28000英尺。在晚上，它通过减少电机的功率来减少对电池的需求。在能量循环的这一阶段，飞机会在一夜之间慢慢下降到8000英尺。

3.设计一个自动驾驶仪，这样飞行员可以在多日的飞行中睡觉

是的，其他飞机有自动驾驶系统。然而，目前的规定禁止飞行员睡觉，除非副驾驶当时醒着。由于Si2没有副驾驶，团队必须获得单人飞行员在5天飞行期间睡觉的许可。Si2飞行员被允许每睡20分钟，以防止他进入深度睡眠。他总共睡了一天每天4小时．

基于模型的设计金宝app在自动驾驶系统的设计中也得到了应用。权力和控制权是关键。团队使用的模型阳光动力1号用于Si2。

保罗说:“我们2007年开始的模式至今仍在使用。“基本模式从未改变。”

同样重要的是，自动驾驶仪可以在需要时唤醒飞行员。该团队使用可穿戴设备在自动驾驶系统检测到问题时提醒飞行员。例如，当飞机倾斜角度超过最大5度时，飞行员袖子的震动会提醒他。

4.如何在骑自行车时赶上飞机在横风中着陆(以及其他与天气有关的问题)

你可以想象，天气是太阳能飞行的一个关键问题。逆风会延误飞行，而好的顺风会极大地帮助前进。侧风可以将轻型飞机吹离航线。团队还必须考虑云甲板的高度:飞机必须爬到云层之上，以便在白天为电池充足充电。Si2根本无法在风暴中飞行。

拉尔夫·保罗说:“我们飞得太慢了，经常出现我们实际上是在向后飞的情况。”

Si2很轻，最大速度很低。它的速度约为25节，或50公里/小时。这意味着强烈的逆风会导致负地速。在Simulink中运行的模型与金宝app验证机商业飞行模拟器，创建精确的飞行模拟。飞行模拟器被用来探索当方向和净着陆速度180度不同步时，设备和仪器会发生什么。

飞行模拟器也被广泛用于再培训飞行员驾驶这种独特的飞机，特别是在各种风力条件下。

“尽管有多年丰富的飞行经验，但由于飞机的动力学，皮卡德和博尔施伯格不得不使用专门为阳光动力2号开发的飞行模拟器，从头开始重新学习飞行战术、驾驶技能和空气动力学。”太阳能世界的米歇尔·迪弗兰吉亚说。

空中的风并不是唯一的问题。Si2是一个具有相对较大表面积的轻质平面。在飞机起飞和降落时，侧风很容易把飞机推离航线。因此，虽然由于着陆轮的旋转能力，飞机可以在指向一侧的情况下着陆，但飞机将纯侧风组件限制在8节。

着陆方法导致了侧风的限制。为了使重量最小化，Si2的底盘最小。当Si2准备着陆时，实际上是由骑自行车的人和向Si2跑去的地勤人员抓住了它，以稳定飞机，防止损坏脆弱的起落架和机翼。由于他们抓住悬挂在机翼上的支柱，螺旋桨在着陆时停靠，以最大限度地减少对地勤人员的风险。

“阳光动力号”的漫画家马丁·赛夫(Martin Saive)在航班早期延误时解释了天气的重要性:(是的，他们有一个公司漫画家。多酷啊!)