太阳能飞行器设计域分析和总体设计方法-论文.pdf

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1、第35卷第7期宇航学报Vo1．35N0．72014年7月JournalofAstronauticsJuly2014太阳能飞行器设计域分析和总体设计方法朱雄峰，郭正，侯中喜，高显忠，张俊韬(国防科技大学航天科学与工程学院，长沙410073)摘要：根据太阳能飞行器单点设计过程的特点，总结出太阳能飞行器的控制方程组，即升重平衡、推阻平衡和能量平衡方程。针对能量平衡的特点，将其分成全天能量闭环和夜间能量闭环，并就上述两个能量闭环分析太阳能飞行器的翼载荷设计边界，研究了由两个能量闭环所形成的翼载荷设计域，探讨了影响翼载荷设计域的参数敏感程度。进一步，基于翼载荷可行设计域提出了一种太阳能飞行器总体设

2、计方法，并通过算例论证了该方法的有效性。本文工作对太阳能飞行器的设计过程有指导意义。关键词：太阳能飞行器；高空长航时；设计域；总体设计；翼载荷中图分类号：V1文献标识码：A文章编号：1000—1328(2014)07-0735-08DOI：10．3873／j．issn．1000．1328．2014．07．001DesignDomainAnalysisandConceptualDesignMethodofSolar．PoweredVehicleZHUXiong—feng，GUOZheng，H0UZhong—xi，GAOXian-zhong，ZHANGJun—tao(CollegeofAer

3、ospaceSciencesandEngineering，NationalUniversityofDefenseTechnology，Changsha410073，China)Abstract：Accordingtothesingle—pointdesignfeatureofthesolar—poweredvehicleconceptualdesign，thegoverningequationsofthesolar—poweredvehiclearesummarized，thatisthebalanceequationsbetweenthrustanddrag，liftandgravit

4、yandthebalanceofenergy．Basedonthefeatureoftheenergybalance，theenergycycleisdividedintowhole—dayenergycycleandnightenergycycle．The’vingloadboundariesofthesolar—poweredvehiclearestudiedonthebasisoftheabovetwoenergycycles，thusyieldingthefeasibledesigndomaini．e．designenvelopofthesolar—poweredvehicle．

5、Thesensitivitiesofdesignparameterstothefeasibledesigndomainarethenanalyzed．Fuaher，aconceptualdesignmethodofthesolar—poweredvehicleisbroughtforwardonthebasisofthewingloadanalysis，andisverifiedbyacasestudy．Thewingloadanalysisandconceptualdesignmethodstudiedinthisarticlecanprovideguidanceforthesolar

6、—powervehicledesign．Keywords：Solar—poweredairplare；Highaltitudeandlongendurance；Designdomain；Conceptualdesign；Wingload级。相比传统航天器如卫星等，太阳能飞行器可以0引言作为类静止轨道卫星实现定点服务，且具有轨道高太阳能飞行器是航空科学技术与新能源技术相度较低、空间分辨率和时间分辨率较高、成本较低的结合的产物。其通过铺装在机翼和升降舵表面上的优点。而相比传统航空飞行器如低空无人机和浮空太阳电池阵列白天吸收太阳辐射并将其转化成电器等，又具有飞行高度高，服务面积大，且不受天气能

7、，在满足平飞所需功率的同时，将剩余的电能储存影响等优点。太阳能飞行器的上述优点使它在民用到二次电池中。夜晚二次电池释放电能，以提供飞上和军事上具有广泛的潜在用途，如在民用上可用行器平飞所需的能量。由于采用太阳光辐射作为动于农业监测、森林火灾预警、中继通信、海洋监测服力，太阳能飞行器能在空中驻留数月甚至长达年量务等；在军事上可用于情报监视侦察(Intelligence，收稿日期：2013-05-08；修回13期：2013-06-26基