准零风层新型临近空间浮空器区域驻留性能

以基于平流层底部的准零风层风场进行区域驻留的新型临近空间浮空器为研究对象,介绍了其工作原理和系统组成。通过建立动力学模型、高度调控模型和能源模型,分析浮空器在基于飞行速度约束和基于南北范围约束两种工作模式下的区域驻留能力,并讨论浮空器在这两种工作模式下的动态能源特性。对长沙地区风场环境的研究结果表明,相对于无控自由飞行状态,浮空器在两种工作模式下均可实现100 km直径范围的长时驻留,基于飞行速度约束工作模式对能量的消耗更低。

蒙皮材料对浮空器热特性影响的研究

分析临近空间浮空器热特性的影响因素,并建立临近空间浮空器热特性的数学模型,采用Fortran语言编写程序,对蒙皮材料热辐射特性对浮空器热特性的影响进行了研究。结果表明,选用短波吸收率较低且长波辐射发射率较高的蒙皮材料时,氦气平均温度的昼夜差值较低,浮空器热性能越好。夜晚蒙皮温差随长波辐射发射率的增加而增加;而白天随短波辐射吸收率的增加而增加,在长波辐射发射率较大时,其对蒙皮温差的影响不大,然而长波辐射发射率比较小时,蒙皮温差会非常大,蒙皮温差的峰值出现于黎明和黄昏时段这两个时段。

基于平流层风场预测的浮空器轨迹控制

平流层风场环境对浮空器设计和轨迹控制具有重要影响。针对平流层风场建模,以长沙地区2005—2010年的风场数据为例,首先采用本征正交分解(POD)方法对风场数据进行降阶处理;然后分别采用Fourier级数与BP神经网络算法对平流层风场进行预测,并对2种模型的预测精度进行比较分析;最后通过建立临近空间浮空器的动力学模型和高度调控模型,分析2种风场预测模型对浮空器轨迹控制的影响。研究结果表明,相对于Fourier预测模型,基于BP神经网络预测模型的预测精度更高,可信度更强,能够更好地为浮空器飞行轨迹控制提供参考价值。

考虑螺旋桨动力学模型的临近空间飞艇控制

针对临近空间多螺旋桨组合浮空器存在螺旋桨期望推力与实际推力有偏差、能源利用率低、电机扭矩偏大的问题,在六自由度飞艇动力学模型的基础上考虑螺旋桨动力学模型.该模型直接将螺旋桨系统上的电机扭矩信号作为控制系统输入,建立关于螺旋桨和电机的动力学方程,引入了由于外界扰动、螺旋桨桨盘来流速度不同所引起的螺旋桨推力损失动力学方程.基于非线性状态观测器的反馈控制方法对推力损失进行在线估计,使用李雅普诺夫稳定性理论,保证了螺旋桨和观测器系统的"输入-状态"稳定性.使用提出的方法与传统方法进行对比.仿真结果表明,采用该方法能够降低能耗并且更好地追踪参考位置坐标和欧拉角;较小的电机扭矩能够避免电机过早发生饱和问题.

翻转课堂教学模式在创新实践活动中的应用

大学生创新实践活动是现代高校教学活动的一个重要组成部分,可积极促进学生掌握学科知识体系,提高自主学习能力、创新意识和实践能力,是提高学生科研能力和科研素养的重要手段,受到国内外高校的广泛重视。该研究以"临近空间浮空器设计"创新实践活动课程为基础,结合课程知识结构特点引入翻转课堂教学模式,通过对课程内容的翻转设计和有效实施,研究翻转课堂教学模式在创新实践活动中的应用方法和策略。同时结合创新实践活动的自身特点,指出翻转课堂在创新实践活动中可能面临的问题,为翻转课堂教学模式在创新实践活动类课程的推广提供参考。