太阳帆材料研究进展

太阳帆飞船由于无需动力等优势近年来引起了各国科学家的研究兴趣,并在深空探测领域具有重要的应用前景。太阳帆的结构设计和材料选择是影响其性能的重要因素,本文结合太阳帆飞行环境的特点,介绍了太阳帆的基本结构和飞行原理,重点针对目前几种比较典型的太阳帆设计,对其支撑材料以及帆面薄膜材料进行了综述,并分析了各种材料和设计的性能特点。

基于机翼-帆尾的高纬度跨年驻留太阳能飞机总体参数设计方法

拓展太阳能飞机在较高纬度地区的跨年驻留性能有助于促成太阳能飞机的广泛实用化。建立了适用于任意高度、任意纬度、任意指向的光伏组件面功率模型,并考虑了光伏组件的温度效应,通过能量仿真得出:在方位角跟踪方式下,滚偏角为90°的主动式光伏组件的日均面功率最优。然后在布局与能源综合设计思想指导下,建立了一套基于机翼-帆尾的太阳能飞机总体参数设计方法,其组成模块包括各部件质量方程、气动效率方程、用于构建气动布局参数与全机光伏组件面功率特性之间映射关系的Kriging代理模型,以及参与总体参数匹配优化设计的量子粒子群优化(QPSO)算法及其多目标评价函数。面向高纬度与跨年驻留的设计指标,开展了机翼-帆尾太阳能飞机的方案实例设计,其中驻留纬度与高度指标分别为45°N和18km。详细分析了此方案在23.5°N^55°N纬度域内的可持续高度包线。研究结果表明:与传统布局形式相比,机翼-帆尾布局形式大幅提升了高纬度地区冬季附近的光伏组件面功率,有效地减小了翼展尺度、机翼面积并提升了巡航速度,具有良好的应用优势。方案设计实例也验证了基于机翼-帆尾的太阳能飞机总体参数设计方法的可行性。

太阳帆航天器三维动画可视化仿真平台的设计与实现

为了更好地分析和设计太阳帆航天器飞行控制系统,文章开发了太阳帆航天器三维动画可视化仿真平台。文章通过Visual C++6.0编程,MFC开发软件主界面,Creator建立太阳帆模型和飞行环境及利用Vega实现三维可视化显示。通过多通道多视点技术及视点控制技术,实现在不同的通道中分别观察太阳帆的飞行轨迹和姿态变化;通过MATLAB和VC++的交互编程,利用MAT文件仿真数据驱动多个运动体同时运动;利用Vega和Open GL混合编程,增加了飞行轨迹及文字信息显示的功能。本文成功地演示了太阳帆航天器从地球同步轨道转移到火星同步轨道的三维动画可视化仿真,验证了本仿真平台的有效性和先进性。