“Google Loon”高空超压气球网络技术综述

Google公司推出的"Google Loon"气球网络项目,用漂浮的高空气球作为通讯中继实现地面互联网的覆盖。重点介绍了基于高空超压气球的气球网络原理、Loon超压气球组成结构及各组成部分的作用及性能,分析了"Google Loon"高空超压气球的轨迹控制、高度调节、充气及发射等关键技术。最后,对Loon项目的试验历程和商业推广情况进行了回顾,并对未来工作计划进行了展望。     

基于探空气球系统的高空高速飞行器空速校准方法研究

针对高空高速飞行器的空速系统校准,提出了一种基于高空气象探测气球系统的空速校准方法。通过探空气球系统获取飞行空域的大气数据,以此为基础完成对飞行器的空速系统校准。飞行试验结果表明,采用探空气球系统对高空高速飞行器进行空速系统校准,方法可行、结果可信。     

超压气球飞行过程热特性数值研究

在分析超压气球几何外形、内外热环境和受力等情况的基础上,建立了超压气球几何、热力学和运动学模型。基于该模型,对超压气球上升-驻空过程进行了仿真模拟,得到超压气球飞行高度、内部氦气温度、氦气内外超压、气球体积以及气球飞行速度随时间的变化规律。结果表明:气球在上升过程中,氦气存在严重的"超冷"现象,而在驻空过程中,出现严重的"超热"现象。升速度曲线呈"W"型变化;中午过后,随着太阳辐射的减弱,氦气温度开始下降,但驻空高度维持不变。研究结果为超压气球的设计和研究提供了重要的依据,更好地保证气球在飞行期间的运行安全。     

净升力对临近空间浮空器上升航迹的影响分析

基于临近空间浮空器动力学与热力学耦合关系,研究分析上升过程飞行航迹与内部气体热性能。建立临近空间浮空器初始充气量模型、热模型和上升过程动力学模型,通过飞行试验验证了数学模型的准确性。仿真计算了某高空科学气球的上升航迹,得到了气球净升力对爆破高度、速度等飞行航迹性能参数的影响,分析了参数变化规律与变化原因。研究结果表明,随着净升力的增加,爆破高度迅速降低,而气球上升速度逐渐上升,且上升速度的增大比爆破高度的减小相对于净升力的变化更加敏感,表明气球的净升力对航迹性能参数存在重要影响。研究结果可为临近空间浮空器设计、试验和应用提供理论参考。     

高空气球太阳能电池标定用太阳跟踪控制技术

高空气球标定的太阳能电池是可被用于地面太阳模拟器和太阳光光强检测的标准电池。首先,给出了由飞行气球搭载的高空太阳能电池标定所使用的太阳跟踪控制系统设计方法,包括基于STM32的太阳跟踪控制系统硬件设计方案、混合自动追踪控制策略、软件开发与实现方法、高空跟踪控制技术问题解决方案以及高空标定试验等。同时,解决了高空气球电池标定用太阳跟踪控制系统在极端环境下高可靠性、连续追踪和防抖动等关键技术问题。试验结果为气球飞行高度32km,平飘时间超过2h,太阳跟踪偏差小于1°。经初步分析,高空太阳跟踪控制系统标定测试结果合理可靠,工作性能稳定,为中国高空气球太阳能电池AM0标定用太阳跟踪控制系统的研究提供了新思路。     

平流层长航时气球轨迹控制系统研究

首先介绍了平流层气球的应用意义及进行轨迹控制的必要性,然后描述了一种基于不同海拔风速差的轨迹控制方法,简要说明了平流层风速随海拔的变化规律,在此基础上研究了包括超压气球和轨迹控制系统在内的气球飞行系统各部分特点,最后简单分析了整个飞行系统的建模与仿真中的要点问题。结果表明,这种轨迹控制方法是一种几乎不需要消耗能源的有效轨迹控制方法,具有较高的应用价值和推广价值。     

火星超压气球温度分布研究

 针对火星气球的温度特性开展研究,首先分析了火星大气的特殊热环境;归纳了影响火星气球温度特性的主要环境因素;设计了两种不同蒙皮辐射特性的原型超压气球;建立了计算火星气球稳态温度分布的模型,并做了合理的简化;选择了热、冷、任意时刻及特殊工况进行气球的蒙皮和内部气体温度计算.结果表明,通过改进蒙皮辐射特性的设计,可以满足火星气球在特定工况下飞行的温度要求.     

高空模拟试车台简介(一)

高空模拟试车台(以下简称高空台),是能够模拟发动机于空中飞行时的高度、速度等条件的地面试验设备,是研制先进航空发动机和推进系统必不可少的最有效的试验手段。发展一台新的现代高性能航空发动机,除了要进行大量的零部件试验和地面台试车外,还必须利用高空台进行整个飞行包线范围内各种模拟飞行状态下的     

金星气球环境分析与热动力研究

分析了金星独特的大气环境,归纳了影响金星气球飞行的主要环境因素,并建立了数学模型.依据金星气球的投放、飘浮程序,设计了金星原型氦气球,设计驻留高度为35km.建立了金星气球热动力仿真平台.计算结果表明:金星气球在30~40km高度释放,可快速到达驻留高度并作长期飘浮;金星气球系统的温度范围为440~520K,最大速度低于10m/s.这为进一步开展对金星气球的研究提供了依据.      

一种小型自主飞行无人机系统集成设计研究

小型自主飞行无人机系统又称为空中机器人,泛指各种能够在空中自由飞行的无人飞行器系统,具有广泛的应用前景.论述了一种5kg小型自主飞行无人机系统的飞行平台的设计与实现、系统选择与集成、图像处理的方法、电磁兼容问题及解决措施等,最终成功地实现了自主飞行,并在"枭龙杯"中国空中机器人大赛上获奖.设计方法在无人机系统试飞和比赛中都得到了验证,证明是有效的.     

New design simulation for a high-altitude dual-balloon system to extend lifetime and improve floating performance

This paper presents a comprehensive simulation for a high-altitude dual-balloon system which consists of zero- and super-pressure balloons. Preliminary calculations were established to describe the basic concept of the new integrated system. A mathematical model was investigated to simulate the ascending and floating processes which considered the atmospheric conditions and thermodynamic variations. Based on the simulation, results showed that the floating altitude stability between daytime and nighttime was improved. This integrated system supports higher floating altitude levels than those of ordinary balloons and extends the lifetime of floating balloon systems. Moreover, results demonstrated that the integrated system was lighter than ordinary balloons, saving useful weight for effective payload. Furthermore, exploiting the advantages of both kinds of balloons while avoiding the difficulties was a significant goal in the current design to promote the floating performance of high-altitude balloons technology.     

基于任务段的航空发动机载荷谱聚类方法

针对航空发动机飞行任务剖面分类问题,对发动机31个飞行任务剖面进行了聚类分析。选取飞行高度和飞行马赫数作为划分飞行任务剖面的参数, 依据其对应的飞行任务段均值生成聚类散点图,将剖面类型划分为5大类。结果表明:低空低速剖面在无量纲飞行高度为0~0.2、飞行马赫数为0.4~0.6区间,均值最低;高空高速剖面在无量纲飞行高度为1.2~2.2、飞行马赫数为1.0~1.8区间,均值最高;飞行任务剖面在无量纲飞行高度为0.2~1.2、飞行马赫数为0.6~1.0区间内最为集中;针对散点密集区域,可依据剖面特征进一步划分剖面类型;不同剖面间,飞行高度与飞行马赫数差异性强,利于剖面划分,而法向过载与转速差异性小,不利于剖面的划分。所提出的方法可以快速有效的对航空发动机飞行任务剖面进行聚类分析。      

太阳能飞机循环飞行的高度剖面能量策略

为满足设定的太阳能飞机多日连续飞行条件，依据飞行过程中当前时刻的飞行高度、光伏输出功率、动力电池组余量等系统状态参数，研究如何分配动力电池组充放电和电推进系统输入等功率。所用策略立足于实时功率平衡，充分利用正午前后的光伏峰值功率用于飞机爬升及充电，在午后下滑过程中利用全部光伏输出，以最大化利用光伏资源；在光伏有效输出不足时则以一定的维持功率下滑，使能量的综合损失最小。方法能够提高以预定夜间飞行高度连续多日续航的成功率，提升飞行高度、纬度、季节范围或搭载能力，或者拓展这几种飞行条件的组合域，优化太阳能飞机的适用性。     

Aircraft flight control system design under state and controlbounds

Sophisticated control configurations are needed to meet the mission and pilotage requirements for advanced aircraft. The required vehicle performance during low altitude, low speed and high angle of attack flight, all-weather, day and night operations must be achieved, and new control technologies should be developed. This work presents a systematic control design philosophy for flight control systems when the state variables and control inputs are bounded by the prespecified constraints. The design procedure uses the dynamic programming concept. The fundamental idea involves minimization of nonquadratic functionals. A new representation of constraints is proposed using the smooth functions. The advantages of the synthesis approach are presented. To illustrate the design methodology the longitudinal control configuration for the F-18 fighter is synthesized     

多电式环控系统电动机功率选定及其经济性分析

提出多电式环控系统参数匹配计算模型,获得不同飞行工况下电动机功率的选定值,分析其影响因素以及系统的经济性.结果表明:对于一定的供气压力,飞行高度越高,电动机功率越大,而同一高度马赫数越大,电动机功率越小;对于给定的飞行工况,供气压力越高,电动机功率越大;对于相同的供气压力与飞行工况,多电式环控系统的性能代偿损失比传统环控系统要小,飞行时间越长,系统的经济性越好.      

基于风场环境利用的平流层浮空器区域驻留关键问题研究进展

基于风场环境利用的平流层浮空器继承高空气球结构简单、技术成熟、快速响应、使用效费比高等特点，通过引入控制设计，克服轨迹控制和高度控制等方面的局限，具备一定的飞行轨迹规划和区域驻留能力，是当前临近空间飞行器发展的重要方向。本文基于对典型项目的调研分析，梳理了基于风场环境利用的平流层浮空器在区域驻留应用中的关键技术，重点讨论了风场感知与建模、风场利用方法、轨迹规划与决策等核心问题的研究现状，对现有方案进行深入分析，从实际应用的角度探讨了相关技术难题的可行解决方案。     

活塞发动机高空动力恢复方法的探索研究

本文分析了新一代无人机动力的发展,针对小型无人机的活塞式动力装置的性能特点,提出了一种小型无人机二级增压系统匹配的高空实现方法。并对发动机的高空性能进行了初步分析,验证了方案的可行性,为高空无人机动力设计提供了设计依据。     

基于高度控制的拖靶定高飞行分析

超低空飞行的航空拖靶需要高精度的高度控制,而作为试验和训练的消耗性装备,其低成本设计要求使得航空拖靶不能采用常规飞行器的高度控制方法。针对以拖曳力为飞行动力的航空拖靶,研究其基于非姿态控制的定高飞行的运动特性。定高飞行航空拖靶采用高稳定性的气动布局,并基于准直接力控制的升降舵面进行高度调整操纵。通过建立拖靶的纵向运动数学模型,设计非姿态控制定高飞行控制方法,详细分析拖靶气动特性,并进行定高飞行控制的仿真计算。计算结果给出拖靶的高度控制能力及飞行状态,结果表明拖靶具有一定的高度调整能力,可以实现定高飞行。     

直升机超低空突防辅助系统技术研究

介绍了直升机超低空突防辅助系统的组成部分及关键技术。研究表明将现有超低空突防技术应用于直升机,可有效降低直升机的飞行高度,实现直升机超低空贴地飞行,大大提高武装直升机攻击的突然性、精确性和多样性,空战能力以及远程突袭的安全性；也可以提高民用直升机的任务成功率和安全性,具有非常广阔的应用前景。