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太阳能飞机：基于广义能源的总体参数设计
作者：郭正 等 著
出版社：科学出版社
出版时间：2021-12-01
ISBN：9787030708441
定价：¥118.00
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内容简介
受限于太阳辐射的光伏转换效率，能源紧缺是太阳能飞机总体设计面临的核心问题，所有分系统设计参数都必须追求极限以满足能源闭环的要求。《太阳能飞机 ： 基于广义能源的总体参数设计》提出了广义能源概念，并发展出一种太阳能飞机总体参数设计理论，推导出一系列广义设计参数，将气动、结构、动力推进、光电转换、储能电池等分系统性能参数统一表征为广义能源，得到不同学科设计指标对能源闭环的影响度和贡献度。通过总体优化设计，发现各学科参数的等价性和敏感性，找到*有利于能源闭环的设计域和*佳的分系统设计参数匹配。
作者简介
暂缺《太阳能飞机：基于广义能源的总体参数设计》作者简介
目录
目录
丛书序
前言
第1章 绪论 1
1.1 太阳能飞行器概述 1
1.2 预期应用前景 2
1.2.1 ISR和中继通信 2
1.2.2 灾害预警救援和评估 5
1.2.3 农业监视和决策支持 6
1.2.4 行星大气探测 8
1.3 型号研究进展 9
1.3.1 型号研究里程碑事件 9
1.3.2 型号研究*新进展 18
1.4 理论研究进展 19
第2章 太阳能飞行器面临的挑战 23
2.1 各子系统的挑战 23
2.1.1 气动系统 23
2.1.2 推进系统 26
2.1.3 结构系统 28
2.1.4 控制策略 30
2.1.5 能源系统 32
2.2 总体设计的挑战 37
2.3 本章小结 39
第3章 以能量为中心的太阳能飞行器设计域 40
3.1 太阳能飞行器基本建模理论 40
3.1.1 太阳能建模方法40
3.1.2 气动建模方法 42
3.1.3 结构建模方法 43
3.2 以能量为中心的设计域分析 44
3.2.1 太阳能飞行器的设计约束 44
3.2.2 太阳能飞行器的能量平衡 45
3.2.3 *大飞行高度和对应翼载荷 49
3.2.4 实际*大飞行高度和对应翼载荷 52
3.3 夜间翼载荷边界的物理意义分析 53
3.3.1 翼载荷的物理约束 53
3.3.2 翼载荷的解析描述 54
3.3.3 具有物理意义翼载荷的存在性分析 55
3.4 太阳能飞行器参数灵敏度分析 59
3.4.1 单参数灵敏度分析 59
3.4.2 多参数灵敏度分析 66
3.5 本章小结 72
第4章 太阳能飞行器的总体设计方法 73
4.1 基于*优化的总体设计方法 73
4.1.1 设计方法描述 73
4.1.2 优化问题定义 73
4.1.3 优化算例 75
4.2 基于保守设计的总体设计方法 79
4.2.1 设计方法描述 79
4.2.2 设计算例 79
4.3 基于动态过程的总体设计方法 81
4.3.1 设计方法描述 81
4.3.2 设计方法建模 82
4.3.3 设计算例 84
4.4 太阳能飞行器型号项目技术特征和可行性分析 84
4.4.1 Zephyr7的技术特征 84
4.4.2 Vulture的可行性分析 87
4.5 本章小结 90
第5章 能量不闭环条件下的长航时飞行 92
5.1 飞行航时计算 92
5.2 某飞行器总体参数 93
5.3 长航时飞行参数设计 95
5.3.1 储能电池质量对飞行时间的影响 95
5.3.2 储能电池能量密度对飞行时间的影响 97
5.3.3 太阳电池转换效率对飞行时间的影响 98
5.3.4 太阳电池转换效率/储能电池质量对飞行航时的影响 99
5.3.5 功率因子对飞行时间的影响 100
5.3.6 试验日期对飞行时间的影响 100
5.3.7 试验纬度对飞行时间的影响 101
5.3.8 飞行半径对飞行圈数的影响 102
5.3.9 飞行半径造成的功率增加 103
5.3.10 航迹倾角对爬升功耗和飞行时间的影响 104
5.3.11 利用重力势能储能延长飞行时间 106
5.4 某太阳能飞行器飞行试验 107
5.4.1 试验原始数据 108
5.4.2 试验数据分析 109
5.4.3 试验结论 112
5.5 本章小结 112
第6章 太阳能飞行器新概念和新思路 113
6.1 太阳能飞行器的极限飞行高度 113
6.1.1 气动性能所致飞行高度边界 113
6.1.2 平飞速度所致飞行高度边界 114
6.1.3 翼载荷所致飞行高度边界 117
6.2 逐日飞行太阳能飞行器 120
6.2.1 地球逐日飞行 120
6.2.2 金星逐日飞行 128
6.3 绕地滑翔飞行太阳能飞行器 139
6.3.1 绕地滑翔飞行运动学方程 140
6.3.2 绕地滑翔飞行太阳能飞行器算例 141
6.4 本章小结 144
第7章 总结与展望 146
参考文献 151
丛书序
前言
第1章 绪论 1
1.1 太阳能飞行器概述 1
1.2 预期应用前景 2
1.2.1 ISR和中继通信 2
1.2.2 灾害预警救援和评估 5
1.2.3 农业监视和决策支持 6
1.2.4 行星大气探测 8
1.3 型号研究进展 9
1.3.1 型号研究里程碑事件 9
1.3.2 型号研究*新进展 18
1.4 理论研究进展 19
第2章 太阳能飞行器面临的挑战 23
2.1 各子系统的挑战 23
2.1.1 气动系统 23
2.1.2 推进系统 26
2.1.3 结构系统 28
2.1.4 控制策略 30
2.1.5 能源系统 32
2.2 总体设计的挑战 37
2.3 本章小结 39
第3章 以能量为中心的太阳能飞行器设计域 40
3.1 太阳能飞行器基本建模理论 40
3.1.1 太阳能建模方法40
3.1.2 气动建模方法 42
3.1.3 结构建模方法 43
3.2 以能量为中心的设计域分析 44
3.2.1 太阳能飞行器的设计约束 44
3.2.2 太阳能飞行器的能量平衡 45
3.2.3 *大飞行高度和对应翼载荷 49
3.2.4 实际*大飞行高度和对应翼载荷 52
3.3 夜间翼载荷边界的物理意义分析 53
3.3.1 翼载荷的物理约束 53
3.3.2 翼载荷的解析描述 54
3.3.3 具有物理意义翼载荷的存在性分析 55
3.4 太阳能飞行器参数灵敏度分析 59
3.4.1 单参数灵敏度分析 59
3.4.2 多参数灵敏度分析 66
3.5 本章小结 72
第4章 太阳能飞行器的总体设计方法 73
4.1 基于*优化的总体设计方法 73
4.1.1 设计方法描述 73
4.1.2 优化问题定义 73
4.1.3 优化算例 75
4.2 基于保守设计的总体设计方法 79
4.2.1 设计方法描述 79
4.2.2 设计算例 79
4.3 基于动态过程的总体设计方法 81
4.3.1 设计方法描述 81
4.3.2 设计方法建模 82
4.3.3 设计算例 84
4.4 太阳能飞行器型号项目技术特征和可行性分析 84
4.4.1 Zephyr7的技术特征 84
4.4.2 Vulture的可行性分析 87
4.5 本章小结 90
第5章 能量不闭环条件下的长航时飞行 92
5.1 飞行航时计算 92
5.2 某飞行器总体参数 93
5.3 长航时飞行参数设计 95
5.3.1 储能电池质量对飞行时间的影响 95
5.3.2 储能电池能量密度对飞行时间的影响 97
5.3.3 太阳电池转换效率对飞行时间的影响 98
5.3.4 太阳电池转换效率/储能电池质量对飞行航时的影响 99
5.3.5 功率因子对飞行时间的影响 100
5.3.6 试验日期对飞行时间的影响 100
5.3.7 试验纬度对飞行时间的影响 101
5.3.8 飞行半径对飞行圈数的影响 102
5.3.9 飞行半径造成的功率增加 103
5.3.10 航迹倾角对爬升功耗和飞行时间的影响 104
5.3.11 利用重力势能储能延长飞行时间 106
5.4 某太阳能飞行器飞行试验 107
5.4.1 试验原始数据 108
5.4.2 试验数据分析 109
5.4.3 试验结论 112
5.5 本章小结 112
第6章 太阳能飞行器新概念和新思路 113
6.1 太阳能飞行器的极限飞行高度 113
6.1.1 气动性能所致飞行高度边界 113
6.1.2 平飞速度所致飞行高度边界 114
6.1.3 翼载荷所致飞行高度边界 117
6.2 逐日飞行太阳能飞行器 120
6.2.1 地球逐日飞行 120
6.2.2 金星逐日飞行 128
6.3 绕地滑翔飞行太阳能飞行器 139
6.3.1 绕地滑翔飞行运动学方程 140
6.3.2 绕地滑翔飞行太阳能飞行器算例 141
6.4 本章小结 144
第7章 总结与展望 146
参考文献 151
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