平流层飞艇研制现状_技术难点及发展趋势_赵达

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1、航空学报Ｊａｎ．２５２０１６Ｖｏｌ．３７Ｎｏ．１４５－５６ＡｃｔａＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｅｔＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃａＳｉｎｉｃａＩＳＳＮ１０００－６８９３ＣＮ１１－１９２９／Ｖｈｔｔｐ：／／ｈｋｘｂ．ｂｕａａ．ｅｄｕ．ｃｎｈｋｘｂ＠ｂｕａａ．ｅｄｕ．ｃｎＤＯＩ：１０．７５２７／Ｓ１０００－６８９３．２０１５．０３３２平流层飞艇研制现状、技术难点及发展趋势赵达，刘东旭＊，孙康文，陶国权，祝明，武哲北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京１０００８３摘要：平流层飞艇研制是一项庞大复杂的系统工程，其技术攻关、系统研

2、发及工程应用中遇到的诸多关键问题与技术难点，需要用全新的理念和创新的方案解决。综述了国内外平流层飞艇研制的进展与现状，重点描述了已经开展的技术验证试飞的情况。针对平流层飞艇总体布局、超压囊体、能源系统、飞行控制和定点着陆５个方面，梳理了其技术难点、研究现状和发展趋势，从工程研制的角度探讨了相关技术难题的可行解决方案。关键词：平流层飞艇；总体设计；超压囊体；能源系统；飞行控制；定点着陆中图分类号：Ｖ１１文献标识码：Ａ文章编号：１０００－６８９３（２０１６）０１－００４５－１２［１］平流层是指海拔高度为１０～５５

3、ｋｍ的大１国内外现状气空间，处于对流层与中间层之间，气流相对平稳，垂直对流小，是部署空中平台执行监视预警、１．１国外发展现状通讯中继、导航定位以及环境监测等任务的比较理想的环境。自２１世纪初，美国、日本以及欧洲等主要发平流层太阳辐射强烈、空气稀薄，除平流层飞达国家和区域均提出了平流层飞艇计划。行器以外，常规飞机或卫星等均无法在此空间长美国为了弥补战时信息保障过度依赖天基平时飞行。平流层飞行器按飞行速度可分为高动态台的弱点，同时大幅度提升持久区域信息作战能飞行器和低动态飞行器，其中平流层低动态飞行力，近年来投入

4、巨资支持了多项平流层飞艇研发［２－４］项目［１０］，如图１所示，包括洛克希德·马丁公司器主要为长航时飞行器，包括高空气球、平流［５－７］［８］的高空飞艇（ＨＡＡ）［１１］项目（图１（ａ））、探测器与层飞艇以及太阳能飞机等。平流层飞艇不［１２］同于高空气球，前者具有持续动力推进，能抵御平结构一体化飞艇（ＩＳＩＳ）项目（图１（ｂ））和西南研［１３］流层风阻，实现可控飞行；另外，平流层飞艇能完究院的高空哨兵飞艇（ＨｉＳｅｎｔｉｎｅｌ）项目（图１（ｃ））成太阳能飞机所无法完成的定点飞行和长时间迎等；２０１４年８月，美

5、国国家航空航天局（ＮＡＳＡ）风驻留等飞行任务。正因为平流层飞艇具有可定也开展了以替代卫星为目标的“平流层飞艇设计”［１４］点飞行、留空时间长、探测范围广、载荷能力强和竞赛（图１（ｄ））。截至目前，各项目虽然已经开费效比高等优点，多个国家正在开展对平流层飞展数次飞行试验，但试验过程并不顺利，多数项目［９］艇的研究与验证。的试验结果不如预期。例如２０１１年７月，ＨＡＡ收稿日期：２０１５－１１－０９；退修日期：２０１５－１１－２２；录用日期：２０１５－１２－０７；网络出版时间：２０１５－１２－０９０９：１６网络出版

6、地址：ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／１１．１９２９．Ｖ．２０１５１２０９．０９１６．００４．ｈｔｍｌ基金项目：国家自然科学基金（５１３０７００４，６１５０３０１０）＊通讯作者．Ｔｅｌ．：０１０－８２３１９８５２Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｕｂｕａａ＠１６３．ｃｏｍ引用格式：赵达，刘东旭，孙康文，等．平流层飞艇研制现状、技术难点及发展趋势［Ｊ］．航空学报，２０１６，３７（１）：４５５６．ＺＨＡＯ－Ｄ，ＬＩＵＤＸ，ＳＵＮＫＷ，ｅｔａｌ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｓｔａｔｕｓ，ｔｅｃｈｎｉｃａｌｄｉｆｆｉｃｕｌｔｉ

7、ｅｓａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄｏｆｓｔｒａｔｏｓｐｈｅｒｉｃａｉｒｓｈｉｐ［Ｊ］．ＡｃｔａＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｅｔＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃａＳｉｎｉｃａ，２０１６，３７（１）：４５５６．－４６航空学报Ｊａｎ．２５２０１６Ｖｏｌ．３７Ｎｏ．１完成２０ｋｍ以上平流层高度飞行验证，取得了初步成果。２０１２年８月，中国科学院光电研究院开展了飞艇动力飞行验证，在１７ｋｍ以上的高度动［１８］力飞行时间达到５２ｍｉｎ。２０１３年，中国电子科技集团公司第三十八研究所完成了数次平流层气球的飞行验证，获取了热特性数据

8、。２０１５年８月，航天科工一院与六院、〇六八基地联合开展直径３０ｍ囊体的飞行试验，飞行高度超过［１９］２０ｋｍ。２０１５年９月，上海交通大学开展了新型囊体结构的高空飞行试验，试验飞行时间２ｈ，图１美国平流层飞艇项目飞行高度１９．３ｋｍ，验证了非常规形态升空、回收Ｆｉｇ．１ＳｔｒａｔｏｓｐｈｅｒｉｃａｉｒｓｈｉｐｐｒｏｊｅｃｔｓｏｆＡｍｅｒｉｃａｎ［２０］方式的可实现性。２０１５年１０月，北京航空航计