瑞士太阳能动力公司（Solar Impulse）设计了一种太阳能飞机，可在全球范围内飞行，利用储存的电力可在夜间飞行。Solar Impulse 2（Si2）使用零燃料并产生零排放。飞机和飞行员必须能够在着陆之间飞行5天5夜。一架太阳能飞机在太阳不照射的情况下不需要一滴燃料就能飞行，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。星期一，它离开了加利福尼亚州的山景城，开始穿越美国。到目前为止，太阳脉冲号创8项世界纪录.

Solar Impulse首席执行官、联合创始人兼飞行员安德烈·博施伯格（AndréBorschberg）表示：“该项目的复杂性令人难以置信，因为飞机上的一切都是新的：新的推进、新能源、新结构、新材料。”。

成为第一并不总是容易的，但它确实给了你处理任务的灵活性。对Solar Impulse的工程师来说，这意味着没有蓝图就开始设计飞机，从一块干净的石板上开始设计飞机MATLAB和基于模型的设计.

以下列出了Solar Impulse公司的工程师所面临的4个设计考虑事项，这些设计考虑事项不是典型飞机设计的主要考虑事项：

1.如何设计一架翼展只有747飞机，但重量却只有汽车那么重的飞机

当然，所有飞机的设计都必须考虑重量：飞机越轻，燃油经济性越好，可以运载的货物或乘客越多，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。

团队必须决定如何预算功率和重量，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，就无法设计太阳能脉冲飞机的配置，”太阳能脉冲飞行试验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回路。团队迭代设计参数以找到最佳折衷方案。

在下面的例子中，他们进行了敏感性研究，以确定哪一个系统需要安全操作的冗余，副翼伺服或方向舵伺服。基于模型的设计和仿真表明，如果使用2个舵伺服，飞行员仍然可以仅使用1个副翼伺服来控制飞机的航向。这从总体预算中节省了一些重量和动力。

2.每日能量循环：需要保持飞机在高空直到太阳升起！

在白天上午10点到下午4点之间，不可能以90公里/小时（56英里/小时）的最高速度飞越太平洋。Si2不够快。事实上，Si2从火奴鲁鲁到加利福尼亚州山景城的2402英里旅程花费了62小时29分钟。飞机必须能够储存电力，以便24小时飞行。

一种储能机制是显而易见的：17000块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马力的电动机供电。

第二种储能机制是势能。传统飞机在爬升时使用燃料，但Si2可以在爬升时增加燃料。所以这个任务的目的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。在夜间，它通过降低电机的功率来减少对电池的需求。在能量循环的这一部分，飞机整夜缓慢下降到8000英尺。

3.设计一个自动驾驶仪，这样飞行员可以在多日飞行中睡觉

是的，其他飞机都有自动驾驶仪。但是，目前的规定禁止飞行员睡觉，除非副驾驶当时醒着。因为Si2没有副驾驶，所以团队必须获得允许，让单飞飞行员在5天的飞行中睡觉。Si2飞行员可以以20分钟为增量睡觉，以防止他陷入昏迷深度睡眠。他总共睡了两个小时每天4小时.

基于模型的设计万博1manbetx也用于自动驾驶仪系统的设计。权力和控制权是关键。团队使用的模型太阳脉冲1重新用于Si2。

拉尔夫·保罗（Ralph Paul）说：“我们从2007年开始的模式至今仍在使用。”。“基本模式从未改变。”

在需要时，自动驾驶仪能够唤醒飞行员也是至关重要的。如果自动驾驶仪系统检测到问题，该小组将使用可穿戴设备提醒飞行员。例如，当飞机超过最大倾斜角度5度时，飞行员袖子中的振动会提醒他。

4.如何在骑自行车时赶上在侧风中着陆的飞机（以及其他与天气相关的问题）

正如你所能想象的，天气是太阳能飞行的关键问题。逆风推迟了飞行，而良好的顺风则大大有助于前进。侧风会使轻型飞机严重偏离航线。团队还必须考虑云层的高度：飞机必须在云层上方攀登，以在白天充分充电。Si2根本无法穿越风暴。

拉尔夫·保罗（Ralph Paul）说：“我们的飞行速度太慢了，很多时候我们的情况是我们实际上在向后飞行。”。

Si2重量轻，最高速度低。它以大约25节或50公里/小时的速度行驶。这意味着强烈的逆风会导致负的地面速度。在Simulink中运行的模型与万博1manbetx双平面法商业飞行模拟器，用于创建精确的飞行模拟。飞行模拟器用于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情况。

飞行模拟器也被广泛用于对飞行员进行再培训，以操纵这种独特的飞机，特别是在各种风况下。

“即使拥有多年丰富的飞行经验，由于飞机的动力学，Piccard和Borschberg不得不使用专门为Solar Impulse 2开发的飞行模拟器，从零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Michelle DiFrangia说。

空气中的风不是唯一的问题。Si2是一种具有较大表面积的轻型飞机。在飞机起飞和降落时，侧风很容易使飞机偏离航线。因此，尽管由于起落架的旋转能力，飞机可以侧向着陆，但飞机将纯侧风分量限制在8节。

着陆方法造成了侧风限制。为了使重量最小化，Si2的底盘最小。当Si2飞机着陆时，实际上会被骑自行车的人和向Si2跑来的其他地勤人员抓住，以稳定飞机并防止损坏精致的起落架和机翼。由于螺旋桨抓住了悬挂在机翼上的立柱，因此在着陆过程中会停靠螺旋桨，以最大限度地降低对地勤人员的风险。

《太阳动力》漫画家马丁·塞夫（Martin Saive）解释了天气的重要性，当时他们在航班的早期航段遇到了延误：（是的，他们有一位公司漫画家。这有多酷？）