靈巧浮空器系統(tǒng)

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 靈巧浮空器系統(tǒng)概念 1
1.2 靈巧浮空器系統(tǒng)分類 2
1.3 靈巧浮空器系統(tǒng)的特點(diǎn) 3
1.4 靈巧浮空器系統(tǒng)研究進(jìn)展 4
1.4.1 國外研究現(xiàn)狀 4
1.4.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 36
1.4.3 國內(nèi)外差距分析 38
1.5 靈巧浮空器關(guān)鍵技術(shù) 39
1.5.1 浮空器系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) 39
1.5.2 高空自由浮空器關(guān)鍵技術(shù) 41
1.5.3 系留浮空器主要關(guān)鍵技術(shù) 42
1.5.4 搭載式浮空器關(guān)鍵技術(shù) 43
1.5.5 靈巧浮空器任務(wù)載荷關(guān)鍵技術(shù) 44
1.6 靈巧浮空器的發(fā)展 46
1.6.1 發(fā)展趨勢 46
1.6.2 發(fā)展方向 48
1.6.3 發(fā)展建議 50
參考文獻(xiàn) 51
第2章 靈巧浮空器設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 53
2.1 浮空器設(shè)計(jì)要點(diǎn) 53
2.2 浮空器浮空原理 53
2.3 浮空器主要參數(shù) 55
2.3.1 浮空器的質(zhì)量 55
2.3.2 浮空器的幾何外形 56
2.4 浮空器壓差 57
2.5 浮升氣體物性 63
2.6 浮空器蒙皮材料 63
2.6.1 蒙皮材料的結(jié)構(gòu) 64
2.6.2 材料研究進(jìn)展 67
2.6.3 復(fù)合蒙皮材料的使用環(huán)境特點(diǎn) 71
2.6.4 材料的輻射特性 71
2.6.5 材料氣密性影響 74
參考文獻(xiàn) 81
第3章 靈巧浮空器飛行理論 84
3.1 飛行大氣環(huán)境 84
3.1.1 溫度特性 85
3.1.2 太陽輻射 86
3.1.3 風(fēng)場 87
3.2 浮空器動(dòng)力學(xué)模型 94
3.2.1 高空浮空器動(dòng)力學(xué) 94
3.2.2 系留浮空器動(dòng)力學(xué) 96
3.3 浮空器飛行性能 98
3.3.1 快速升空方法 98
3.3.2 升空過程體積變化 104
3.3.3 升空過程性能指標(biāo) 108
3.4 浮空器流動(dòng)數(shù)值模擬 110
3.4.1 浮空氣球繞流網(wǎng)格生成 111
3.4.2 徑向基函數(shù)網(wǎng)格變形基本方法 113
3.4.3 表面插值節(jié)點(diǎn)的選擇方法 115
3.4.4 基于徑向基函數(shù)的氣球網(wǎng)格變形算例 116
3.4.5 流動(dòng)控制方程及其求解 117
3.4.6 浮空器繞流性能 140
參考文獻(xiàn) 148
第4章 靈巧浮空器熱力學(xué)性能 150
4.1 浮空器熱環(huán)境 150
4.1.1 太陽輻射 151
4.1.2 地球反射輻射 155
4.1.3 地球紅外輻射 159
4.1.4 大氣對流 160
4.2 浮空器熱模型 161
4.2.1 浮空器有限元模型 162
4.2.2 浮空器熱學(xué)模型 163
4.3 浮空器熱特性 168
4.3.1 蒙皮材料吸發(fā)比影響 168
4.3.2 飛行高度影響 176
4.4 浮升氣體滲透 179
參考文獻(xiàn) 184
第5章 靈巧浮空器能源系統(tǒng) 187
5.1 系留型浮空器能源系統(tǒng) 187
5.1.1 系留型浮空器高壓供電技術(shù) 188
5.1.2 浮空器系留纜繩 189
5.1.3 電力系統(tǒng) 197
5.2 高空浮空器系統(tǒng)能源系統(tǒng) 198
5.2.1 高空浮空器能源系統(tǒng)研究 198
5.2.2 光伏陣列 (太陽能電池板) 200
5.2.3 能源系統(tǒng)控制裝置 206
5.2.4 儲(chǔ)能電源 207
5.2.5 非晶硅太陽能電池作為空間能源的性能特點(diǎn) 209
5.3 高空浮空器能量管理 213
5.3.1 高空浮空器能量平衡 213
5.3.2 能量管理系統(tǒng) 214
5.3.3 能源管理單元 216
5.3.4 能源管理技術(shù) 218
5.4 環(huán)境儲(chǔ)能策略 220
5.4.1 重力勢能 220
5.4.2 風(fēng)梯度 222
5.4.3 自然能 224
5.5 浮空器新型能源系統(tǒng) 227
5.5.1 微波能量傳輸技術(shù) 227
5.5.2 能源/蒙皮復(fù)合結(jié)構(gòu) 234
5.5.3 多功能結(jié)構(gòu)電池 235
參考文獻(xiàn) 236
第6章 高空型靈巧浮空器系統(tǒng)區(qū)域駐空控制 240
6.1 浮空器高度控制 240
6.1.1 高度控制系統(tǒng)模型 240
6.1.2 模型仿真與試驗(yàn)驗(yàn)證 241
6.1.3 充/放氣控制 243
6.1.4 壓差控制 243
6.1.5 定高控制 247
6.1.6 吊籃姿態(tài)控制 249
6.2 浮空器飛行軌跡優(yōu)化 256
6.2.1 恒定風(fēng)場的二維軌跡優(yōu)化 256
6.2.2 基于漸進(jìn)法的二維軌跡優(yōu)化 257
6.3 平流層風(fēng)場數(shù)學(xué)模型研究與仿真分析 259
6.3.1 基于NCEP離散數(shù)據(jù)的NCEP RBF模型 259
6.3.2 HWM14模型 266
6.4 浮空器區(qū)域駐空性能 275
6.4.1 浮空器區(qū)域駐留原理 275
6.4.2 影響因素 275
6.5 搭載式浮空器組網(wǎng)方案研究 281
6.5.1 浮空器高空組網(wǎng)定位 281
6.5.2 空中氣球基站——SkySite 284
6.5.3 空中Mesh組網(wǎng) 284
6.5.4 Google氣球 285
參考文獻(xiàn) 287
第7章 系留型靈巧浮空器系統(tǒng)飛行穩(wěn)定控制 289
7.1 浮空器系留設(shè)計(jì) 289
7.1.1 絞車系統(tǒng) 290
7.1.2 系留塔 293
7.2 系留浮空器動(dòng)力學(xué)模型 294
7.3 系留浮空器升降性能 297
7.4 系留浮空器穩(wěn)定性分析 302
7.5 系留浮空器纜繩力學(xué)特性 305
7.6 系留浮空器抗風(fēng)性能分析 308
參考文獻(xiàn) 312
第8章 搭載式靈巧浮空器系統(tǒng)釋放與駐留 313
8.1 搭載式浮空系統(tǒng) 315
8.1.1 搭載式浮空平臺特點(diǎn) 315
8.1.2 平臺關(guān)鍵技術(shù)及解決途徑 316
8.1.3 搭載式浮空平臺系統(tǒng)組成 317
8.2 搭載式浮空平臺設(shè)計(jì) 318
8.2.1 浮空平臺工作方式與裝填布局 318
8.2.2 平臺設(shè)計(jì)及裝填布局計(jì)算 319
8.2.3 浮空器設(shè)計(jì)分析 320
8.2.4 平臺的參數(shù)描述 321
8.3 浮空平臺減速充氣過程 322
8.3.1 浮空平臺減速充氣過程工作原理 322
8.3.2 降落傘的開傘充氣過程 323
8.3.3 浮空器的拉直充氣過程 324
8.3.4 浮空平臺減速充氣過程數(shù)學(xué)模型 325
8.3.5 搭載式浮空器充氣研究 335
8.3.6 高空環(huán)境下浮空器快速充氣 336
8.4 高空高速傘-球多體柔性動(dòng)力學(xué)技術(shù) 341
8.4.1 氣球方案設(shè)計(jì) 341
8.4.2 降落傘方案設(shè)計(jì) 343
8.4.3 降落傘系統(tǒng)多體動(dòng)力學(xué)特性研究方案 344
8.5 搭載式浮空器的區(qū)域駐空 355
8.5.1 平流層大氣環(huán)境調(diào)研 355
8.5.2 浮空氣球系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 361
8.5.3 高度調(diào)節(jié)設(shè)計(jì) 365
8.5.4 控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 366
8.5.5 浮空平臺全系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)仿真 367
參考文獻(xiàn) 369
第9章 靈巧浮空器飛行試驗(yàn)及應(yīng)用 371
9.1 靈巧浮空器蒙皮制作 371
9.1.1 浮空器蒙皮及其制備方法 371
9.1.2 浮空器新型蒙皮 372
9.1.3 浮空器蒙皮用膠黏劑 373
9.1.4 浮空器囊體材料的涂料 374
9.1.5 浮空器蒙皮折疊 375
9.2 浮空器放飛及回收 375
9.2.1 系留浮空器放飛 375
9.2.2 系留浮空器回收 377
9.2.3 系留浮空器安全操作技術(shù)規(guī)范 378
9.2.4 高空浮空器放飛 379
9.2.5 高空浮空器實(shí)驗(yàn)艙回收系統(tǒng) 382
9.2.6 可回收的高空探測浮空器 383
9.3 地面配套設(shè)施 384
9.3.1 系留浮空器系留設(shè)施 384
9.3.2 高空浮空器系統(tǒng)地面站 388
9.3.3 靈巧浮空器的充收氣裝置 389
9.4 靈巧浮空器的工程應(yīng)用 390
9.4.1 快速升空系留浮空平臺視頻監(jiān)視系統(tǒng) 390
9.4.2 大氣污染監(jiān)測車載系留浮空器系統(tǒng) 390
9.4.3 系留靈巧浮空器球載GPS干擾系統(tǒng) 393
9.4.4 靈巧浮空器在應(yīng)急通信中的應(yīng)用 394
9.4.5 靈巧浮空器在安全預(yù)警、偵察中的應(yīng)用 395
參考文獻(xiàn) 397
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