电磁脉冲弹对飞艇太阳能电池毁伤效果分析

临近空间飞艇在驻空侦察、通信中转方面蕴含的军事价值逐渐为各军事强国重视。分析电磁脉冲弹打击临近空间飞艇太阳能电池的毁伤效果。在建立毁伤区域模型的基础上,分析电磁脉冲弹在不同爆炸距离、爆炸倾角和波束角的情况下,在电池上投射的毁伤面积,并对毁伤区域内特殊点功率密度的计算,分析不同爆炸高度下的毁伤效果。得出在一定射击精度条件下,一发电磁脉冲弹,距飞艇一百多米爆炸时,就能达到毁伤效果,飞艇在短时间内丧失作战能力。

高空飞艇薄膜太阳电池内辐射量计算研究

修正了任一方向的平面内太阳辐射计算模型,使之适用于编程计算各种倾角和方位角平面上的太阳辐射。在曲面上进行网格划分,生成若干个小平面,推导出平面法向量与倾角和方位角之间的关系式,逐个计算每个小平面上太阳辐射量,叠加后近似代替整个曲面上的太阳辐射量。运用此方法计算了高空飞艇的薄膜太阳电池上辐射量,并与此薄膜太阳电池在水平投影面内辐射量计算结果进行比较。结果表明,用水平投影面内辐射量代替薄膜太阳电池内辐射量有很大的偏差。因此,在高空飞艇能源系统性能详细分析阶段需要使用曲面内太阳辐射量计算模型,为随后的光电转换与能源系统计算提供准确的太阳辐射数据。

平流层飞艇太阳电池阵发电功率计算及分析

针对圆柱曲面形状的平流层飞艇太阳能电池阵,提出了计算其发电功率的解析表达式;针对任意曲面形状的平流层飞艇太阳能电池阵,提出了一种准确方便的数值计算方法。针对飞艇通常采用的旋转对称组合椭球外形,提出了一种近似解析计算方法,将该解析计算方法和数值计算方法的计算结果进行比较后发现,近似解析方法日发电量计算结果精度可达0.1%,可以替代精确数值方法用于飞艇太阳能系统的设计和分析。最后,对平流层飞艇太阳能电池阵发电功率特性进行了详细分析,得到了平流层飞艇运行的季节、纬度、姿态、电池阵形状和安装位置等因素对其发电功率特性的影响规律。结果表明,以上因素与太阳电池阵面积和光电转化效率一样会对飞艇太阳电池发电功率造成重大影响。

平流层飞艇太阳能源系统研究

以平流层太阳能飞艇平台为背景,对平流层太阳能飞艇能源系统展开了分析和研究。文中建立了飞艇表面太阳能电池接收太阳直接辐射、散射辐射、反射辐射的模型。利用该模型对某飞艇太阳能电池进行计算,结果显示飞艇接收的太阳辐射能量与飞艇的工作纬度、季节、太阳能电池阵列表面面积、飞行姿态密切相关。当飞艇的脊背从日出到日落时刻正对太阳光线时,太阳能电池接收到的太阳辐射能量将是最大的。

平流层飞艇太阳电池系统产能分析

平流层飞艇曲面太阳电池的产能与飞艇所在位置、驻空时间、飞行姿态、太阳电池布局等有着密切的关系。通过对太阳辐照模型的分析,结合平流层飞艇驻空期间方位角的变化,采用投影法分别计算曲面太阳电池各投影面的产能,从而计算出太阳电池在驻空过程中的动态发电功率。分析结果表明:曲面太阳电池在水平面内的投影部分是主要产能部分,受飞艇方位角的影响较小;垂直面内的投影部分产能较少,受飞艇方位角影响较大。

平流层飞艇表面太阳辐射量分布的分析研究

针对太阳辐射量在平流层飞艇外表面分布问题,研究一种计算分析方法。基于该方法,建立沿飞艇经线长度方向进行网格划分的几何模型和太阳辐射量计算的物理模型,提出一种太阳辐射量分布的比较分析方案。使用该方案,针对典型飞艇进行计算分析,量化得出不同飞行日期沿经线长度方向太阳辐射量分布的结果,并比较分析不同飞行日期各经线位置间太阳辐射量分布的不一致性,研究结果可用于指导进行太阳电池的优化布局和阵列构型。

太阳能电池在飞艇上的应用研究进展

太阳能的永久和无限性是高空长航时飞艇最理想的能源,因此飞艇及其艇用光伏电池成为研究的重点。本文简述世界主要国家的太阳能飞艇的研制和发展,分析了目前太阳能飞艇存在的主要问题并提出适当的解决方案。

平流层飞艇太阳能电池热性能数值模型

平流层飞艇太阳能电池的温度对电池转化效率有着显著的影响;同时在正午时分可能对飞艇蒙皮以及内部浮升气体的温度造成不利的影响,并恶化飞艇的"超热"、"超压"现象。因此,很有必要对平流层飞艇太阳能电池热性能进行分析;但是相关研究却不是很全面。建立了平流层飞艇太阳能电池热性能分析数值模型,包括太阳能电池的太阳辐射模型、多层热传递模型。基于该数值模型,开发了MATLAB仿真程序。设计并开展了飞艇太阳能电池温度地面测试试验,对所建的热模型进行了验证。在研究过程中,分析了太阳能电池在一天内的温度变化情况。此外,详细讨论了日期、隔热层、太阳能电池外部封装层透波率以及风速等因素对于太阳能电池温度的影响。可以为平流层飞艇太阳能电池的设计提供有用的参考信息,为平流层飞艇热控制及热设计提供依据。

高空太阳能飞艇方案/动力系统及气动设计

为提供一种可行的高空飞艇动力系统设计,对飞艇所受到的力、能源系统、飞艇重量进行了研究,并对不同动力布局的飞艇所受到的气动力进行了数值仿真。引入混合浮升气体以提升飞艇的单位升力,并考虑了过热对飞艇升力的影响;对能源系统采取恶劣条件作为飞艇的设计点,计算了冬至日时单位面积的太阳直接辐射量;采用能量平衡方法,对飞艇能源系统进行分析;应用以上方法初步确定了高空飞艇的基本参数。此外,建立了两种不同的动力布局模型,并对不同模型进行了气动数值仿真,得出不同布局对飞艇气动性能的影响,为设计提供了参考。

一种翼艇式飞行器方案研究

文章提出了一种翼艇式飞行器方案,较好地解决了以低速在临近空间飞行的两个关键问题:①如何利用临近空间稀薄空气产生升力克服飞行器重量;②如何有效利用有限太阳能产生飞行器长时间飞行的动力。该飞行器采用了升浮一体飞行原理和昼夜节能运行模式,将夜间储能锂电池的重量大幅度减小,比临近空间飞艇的体积缩小一半左右,飞行速度有较大提高,对于有速度要求的任务载荷(如SAR)来说更适合。文中还建立了翼艇式飞行器的总体参数优化模型,并采用NSGAII得到了多种满足设计要求翼艇式方案,选择了非劣前沿解集中柺折处方案。将该优化模型和方法得到临近空间飞艇方案总体参数与洛马公司公布的高空飞艇总体参数进行了比较,结果较为接近,表明该优化模型和方法的准确性,对低速临近空间飞行器设计有一定的参考价值。

平流层飞艇太阳能电池布设区域的计算与仿真

针对合理确定薄膜太阳能电池在平流层飞艇上的布设区域,由于能源供应可行性是取决于飞艇接收的太阳辐射量。为了满足电量的需要,设计了一种应用有限元分析前处理模块的数值计算方法。方法结合使用ansys和matlab软件建立系列数学和物理模型计算出艇上薄膜太阳能电池合理的布设区域。对示例飞艇进行了仿真计算,结果表明飞艇的飞行方向、滞空时间等优化飞行参数可使艇上薄膜太阳能电池合理确定布设区域。仿真结果为平流层飞艇薄膜太阳能电池布局规划提供了理论和计算依据。

基于低空成像高光谱系统探测植被日光诱导叶绿素荧光

植被叶绿素荧光与光合作用关系密切,被认为是光合作用的有效探针。该研究利用成像高光谱传感器和无人飞艇构建了一套适用于低空叶绿素荧光探测的系统。针对低空叶绿素荧光探测中,太阳下行辐射光谱难以获取的情况,基于已有的aFLD方法,提出一种新的叶绿素荧光提取方法a3FLD,该方法利用了非荧光发射体,且考虑植被反射率在夫琅和费线附近的变化。通过模拟数据以及实测数据对两种提取结果进行了比较。模拟数据分析结果显示:当地物的反射率在夫琅和费线附近存在一定的变化时,a3FLD计算得到的荧光值误差小于aFLD,地物反射率变化越大,a3FLD的改进越明显。对低空高光谱影像数据的分析显示:aFLD和a3FLD提取不同植被的日光诱导叶绿素荧光相对大小关系相一致,与作物所处的生长阶段吻合。但aFLD荧光提取值比a3FLD高15%左右。aFLD的结果中有部分非荧光发射体得到较强荧光,a3FLD能改进此问题。结果显示,利用该系统和方法能够成功地提取到植被叶绿素荧光,且所提出a3FLD方法提取的结果优于aFLD方法。

平流层飞艇表面接收太阳能的建模与分析

平流层飞艇依靠艇载自主光伏发电系统摄取太阳辐射能来达到长期自主飞行和悬停,可应用于无线通信、空间观测和军事侦察等领域,成为当前各国研究的热点之一。分析和计算飞艇表面接收的太阳辐射能是光伏系统设计的基础。文中首先建立飞艇表面接收的辐射能量数学模型,它描述了飞艇的工作纬度、飞行方向、表面形状和接收的太阳辐射能量的关系。然后模拟分析飞艇的工作纬度、飞行方向和表面形状对接收的辐射能量的作用。结果表明:飞艇的工作纬度和飞行方向影响飞艇表面接收的辐射能量的大小和时间分布;飞艇表面的不同部分接收的辐射能量是不同的,在飞艇表面合理覆盖光伏阵列是飞艇光伏系统设计的重要任务。

平流层飞艇光伏能源系统总体参数设计与计算

针对平流层飞艇光伏能源系统设计中涉及的薄膜太阳电池布设量及储能电池容量确定的问题,提出一种计算方法。基于该方法,建立太阳辐射物理模型和实体飞艇四边形网格划分几何模型,分别针对太阳电池布设量最少或能源系统总质量最小两种目标要求设计能源系统的总体参数,并对算例飞艇进行仿真计算。结果表明,利用该方法可方便地确定出平流层飞艇光伏能源系统的总体设计参数。

太阳电池多层复合结构试验及数值模拟研究

提出一种平流层飞艇用太阳电池多层复合结构，以封装后的刚性太阳电池片作为非对称蜂窝芯层的上表面，通过玻璃纤维网格布进行加强，以此对刚性太阳电池片进行柔性化处理。对不同结构形式进行三点弯曲对比试验，验证复合结构的等效弯曲弹性模量仅为封装后的2．41％，挠度增加了38．03％，有效改善了太阳电池片的柔性。通过对2、5和8mm不同蜂窝芯层厚度的复合结构进行对比试验和有限元仿真，引入柔性重量变化比的概念，优选5mm蜂窝芯层为太阳电池多层复合结构最佳选择。

低层近空间飞艇热环境数值模拟

为建立低层近空间飞艇平台各种传热模型,利用FLUENT中的太阳加载模型,综合考虑太阳辐射、环境温度、风速等因素的影响,开发了平流层中飞艇环境温度和风速的UDF程序,建立了平流层太阳能飞艇传热模型.研究结果表明:飞艇表面及艇内平均温度会随风速的增加呈现下降趋势,但随着风速的进一步增加,温度下降趋势减缓.该结论说明采用数值模拟飞艇热环境是一种经济而且可行的方法,此规律可为真实飞艇的囊体材料热防护和飞行控制实验提供一定的理论参考依据,必将很大程度的降低平流层飞艇的研发费用和周期.

变体飞艇太阳能电池阵列工作特性的影响因素

太阳能电池阵列是近空间变体飞艇的主要能源系统,决定着飞艇的性能。根据变体飞艇的特性,针对变体太阳能飞艇,建立巡航状态下的太阳能电池阵列的几何模型和太阳辐射模型。利用模型,根据太阳辐射和飞艇飞行高度的变化,计算太阳辐射强度和太阳能电池阵列接收功率,绘制太阳能电池阵列接受的有效辐射强度云图。结果表明:正午功效是早晚的3～4倍;当太阳高度较低时,飞艇偏航角对阵列所接受的有效强度分布和功率有一定影响;季节对阵列有效强度分布和正午功率有较大影响;纬度位置影响飞艇功率变化和所产生的总能量;电池布置在艇体顶部获取更多能量。

薄膜太阳能电池对飞艇内氦气温度的影响

薄膜太阳能电池是平流层飞艇能源系统的主要组成部分且会对飞艇内部氦气温度产生重要影响。针对表面铺设薄膜太阳能电池对飞艇内氦气温度造成的影响,建立了铺设薄膜太阳能电池的平流层飞艇数学和物理模型。将太阳能电池视为理想的等温边界,利用CFD分析软件进行了仿真,得到了飞艇内部氦气温度的分布及变化情况。仿真结果表明,薄膜太阳能电池会造成飞艇表面局部区域温度过高,内部氦气温度变化与电池背板温度及铺设面积成正比。仿真结果为飞艇总体热设计及超热控制提供了设计依据。

平流层飞艇太阳电池辐射接收特性仿真

为保证平流层飞艇运行的稳定性,对太阳电池辐射接收特性进行仿真研究具有重要意义。以平流层飞艇太阳电池为研究对象,编写数值计算程序对平流层飞艇太阳电池辐射接收特性进行仿真,计算了在不同飞行时间、季节、朝向、纬度和天气情况下太阳电池接收的太阳辐射通量和输出功率,绘制了平流层飞艇太阳电池接收的太阳辐射强度分布图。结果表明,飞行时间、季节、朝向、纬度和天气情况影响平流层飞艇太阳电池接收的太阳辐射分布和输出功率。仿真得到了太阳电池接收的太阳辐射强度分布规律和输出功率变化趋势,为进一步研究平流层飞艇的热特性奠定了基础。

空间飞艇无线通信系统太阳能供电设计仿真

空间飞艇无线通信系统为其安全飞行提供必要数据支持,而供电设计则是制约空间飞艇的安全飞行时长。为了配合空间飞艇的长航时飞行,针对无线通信系统的持久供电问题,利用太阳能电池进行自供电设计。高转换效率是自供电设计的重要技术难点。为了提升太阳能自供电系统的转换效率,对传统的BOOST电路结构和最大功率点跟踪算法进行优化设计。采用同步BOOST电路结构降低电路功耗,并提出了高效率的自适应电导增量法。最后进行了Simulink仿真设计,以及硬件电路设计。实验结果表明,自适应自导增量法实现了快速、高效的最大功率点跟踪,硬件电路系统实现太阳能电池的能源转换。整个系统设计合理可行。