大跨时空任务背景下的太阳能无人机任务规划技术研究进展

通过任务规划技术合理的优化太阳能无人机的飞行轨迹和动力学参数，能够有效提高太阳能无人机的能量利用率，使其胜任许多大范围跨时间跨空间飞行任务。从能量建模、续航评估和能量管理策略3个方面对大跨时空任务背景下太阳能无人机任务规划技术的研究进展进行了综述。在能量建模方面，介绍了当前主流的太阳辐射模型和能量生产基本框架；在续航评估方面，分析了目前的指标设计和应用方法；在能量管理策略方面，从能量综合应用、风力滑翔机制、轨迹优化方法和面向特定任务的应用4个角度，梳理了当前的研究现状。最后，对该领域未来可能的研究方向进行了展望。     

激光输能无人机的概念研究

激光输能无人机(UAV)由于飞行高度高和续航时间长等优势得到关注.从激光输能角度,基于无人机质量评估模型,建立了激光辐照功率密度和无人机输出功率以及飞行性能之间的函数关系.以Sky Sailor太阳能无人机为例,计算分析了激光输能无人机和太阳能无人机的升限和飞行包络.结果表明由于激光辐照功率密度大和光/电之间能量转化效率高,与太阳能无人机比较,可携带的有效载荷更大、升限更高、爬升和抗扰能力更强;随着激光辐照功率密度增大,即使电子设备和有效载荷的质量和功耗都增大,飞行包络很宽,同时,飞行速度增大,但实际升限有所降低.     

太阳能无人机发展综述

太阳能无人机以其长航时、能源清洁被世界各国重视,已经成为国家战略不可或缺的一环。简述了现如今太阳能无人机发展现状及成就;整理了太阳能无人机总体设计的发展脉络,介绍1种较成熟的能源管理方案;基于现有太阳能无人机采取的布局方式,引出并介绍了双机身串列翼构型太阳能无人机的可行性及优缺点。优点是采用串列翼布局的无人机升力较大,滞空时间也较长;缺点是前后分布的机翼并不能增加机体的强度,且前面机翼产生的涡流对后面的机翼容易产生影响。合理结合双机身与串列翼布局,能提升无人机的升力与续航能力,增强无人机机体强度,提高飞行稳定性,对国内发展此类型太阳能无人机进行展望。     

太阳能飞机方案设计阶段建模与仿真

建立了太阳能飞机方案设计阶段的仿真模型,包括能量流动、太阳能采集、蓄电池、飞机运动及能量管理等部分.通过仿真比较了太阳能电池固定安装和可转动安装两种飞机方案的太阳能采集效率和续航性能.仿真结果表明,方案2的设计采集效率优势明显,在光照匮乏时飞机飞行时间较长.该模型可用于太阳能飞机方案设计阶段的验证分析,为方案的选择和改...     

超长航时太阳能无人机关键技术综述

超长航时太阳能无人机（UAV）以其高效节能、原理上可实现无限巡航的特点受到广泛关注，而其独特的设计指标与任务特性也对各项关键技术提出了较高要求。多设计要素的高度耦合意味着不同于常规飞行器的总体设计方法，低密度、低速度的飞行条件使其具有明显的低雷诺数气动特性，柔性超大展弦比机翼带来了复杂的气动弹性问题，低翼载荷特性与较大的风场扰动增加了控制难度，极端的飞行环境与苛刻的任务指标对能源、动力系统带来了新挑战，飞行性能对能源系统的高度依赖开辟了飞行轨迹优化的研究方向。本文梳理了超长航时太阳能无人机关键技术的研究现状，在此基础上对各项技术中的难点问题进行了阐释，并对超长航时太阳能无人机未来发展趋势进行了展望。     

太阳能无人机应用

满足高空长航时无人机长达数月续航要求的关键之一是解决其飞行动力源问题，许多国家把太阳能无人机列为重要的研究方向。我国大部分地区，都处在太阳辐射资源的丰富带和较丰富带，从而为太阳能无人机的应用提供了很好的条件和优势，但要真正实现太阳能无人机的使用，还需解决很多关键技术。包括独特的飞行器设计和太阳能动力系统设计等。     

长航时无人机机翼平面参数及翼型选择分析

根据影响螺旋桨式长航时无人机和喷气式长航时无人机续航性能的不同因素,分析了机翼面积(翼载)、展弦比、尖削比、后掠角等参数以及翼型对这两种长航时无人机续航性能的影响,所得结论可为长航时无人机的设计提供参考。     

太阳能无人机能源系统的关键技术与发展趋势

作为探索临近空间领域的新兴飞行器，太阳能无人机（SUAV）在性能、技术及任务航时均呈现出不同于传统飞行器的新特点。其中，太阳能无人机能源系统的比能量、比功率是影响飞机整体性能的核心因素。因此，本文首先对太阳能无人机的太阳电池、储能电池的发展现状进行了阐述，然后针对能量获取多元化、能源系统管理高效化、能源载荷一体化方向对太阳能无人机能源系统的未来发展趋势进行了展望。     

小型电动无人机续航性能提升方法研究

电动无人机是目前无人机领域的一个重要组成部分。从作战技术指标出发,着重讨论了电动无人机的续航时间,给出了续航时间与气动参数之间的关系。以遗传算法为工具,进行了无人机总体参数的多目标优化,获得了提高无人机续航性能的最佳总体参数组合。以某型近程无人机为例进行了计算,实例结果表明,本方法是合理的。     

太阳能/氢能无人机总体设计与能源管理策略研究

针对小型低空长航时电动无人机需求,给出了太阳能/氢能混合能源动力系统集成方案和小型低空长航时无人机构型。针对典型任务剖面,综合考虑太阳能电池和氢燃料电池特性,提出了一种考虑全机重量能量耦合关系的总体设计方法和任务剖面驱动的能源管理策略;建立了能源系统模型,给出了能源控制流程,开发了能源管理仿真平台。以1.5 kg任务载荷为例,完成了无人机总体方案设计,仿真分析了各种能源特性对飞行结果的影响。结果表明:能源管理策略能够根据任务剖面的要求合理配置能源系统的功率,满足各阶段的功率需求;无人机在冬至日航时为21 h、夏至日可实现跨昼夜飞行;在能源系统重量相同情况下,该混合能源无人机的航时分别是纯锂电池无人机和燃料电池无人机的5.5倍和1.2倍。     

美国研制可以快速加速的“幽灵”无人机

美国内华达州的环球空中监视公司研制的“幽灵”(Wraith)无人机是一种加速迅速的长续航无人机。其飞行试验用全尺寸模型飞机的翼展为8.54米,机长为2.74米,大部分结构用复合材料制造,重量为32千克。“幽灵”无人机在设计中引用了秃鹰翱翔的飞行原理,可以在飞     

太阳能无人机能源系统的多维耦合建模

针对太阳能无人机能源系统建模的耦合性考虑不足、能量流动过程描述不全面等问题,将外部大气环境、无人机的姿态角度等不同维度下影响能源系统运行的多个因素纳入到建模过程中,先后给出了非均质大气环境模型、无人机运动模型、电机模型、减速器模型、螺旋桨模型、光伏电池模型和蓄电池模型的建立过程,并建立了各模型间的耦合关系,得到反映非均质大气环境下、动态飞行行为的太阳能无人机中能量流动的耦合模型。仿真结果表明：该模型可以完整的描述外部大气环境和无人机飞行姿态对无人机发电功率以及动力负荷功率的影响等耦合作用,适合用于仿真分析和地面半实物仿真平台的搭建。     

发展中的长航时无人机动力装置

长航时无人机是一种续航时间长,能长时间执行空中侦察、监视、探测和战场损伤评估等任务的无人机。这种无人机有高空长航时无人机与中空长航时无人机。高空长航时无人机飞行高度一般为13700～18000米以上,续航时间一般在24小时以上;中空长航时无人机飞行高度一般在8000～13700米,续航时间不少     

电动无人机动力系统优化设计及航时评估

为提高电动无人机续航性能,针对动力系统进行了优化设计,并提出了相应的航时评估方法.首先采用涡流理论优化设计了小型螺旋桨,再通过实验测试优化选取了与螺旋桨高效率匹配的电动机.同时,考虑到锂离子电池放电倍率及电压降低对放电时间的影响,建立了恒功率条件下电池放电时间计算模型.最后,根据优化得到的动力系统和电池计算模型,推导出有弯度机翼的电动无人机航时公式.某电动飞翼布局无人机飞行试验结果显示,优化得到的动力系统具有较高的效率,测试得到的无人机续航时间与评估得到的理论值误差为12%,在允许误差范围内吻合较好.      

轻小型太阳能/氢能无人机发展综述

轻小型无人机（UAV）在军民领域都有着广泛的用途，电动无人机由于其振动低、无污染、无排放等优势，已经成为无人机领域的发展热点。为了提高轻小型电动无人机的航时，清洁、高能量密度的太阳能和氢能成为非常可行的技术途径之一。本文总结了轻小型太阳能、氢能无人机的发展历程；梳理了相关的关键技术，并对太阳能、氢能无人机的总体设计方法和能源动力系统的发展进行了较为深入的探讨；最后，展望了该类无人机的发展趋势，并对所面临的挑战进行了预测。     

超长航时太阳能无人机带来的改变

美国正在试验具有超长续航能力的无人机,在一年或者更长的时间里这类无人机将无需返回基地维修或进行空中加油,这一概念有可能使传统航空体系变得毫无用武之地。     

考虑局部遮挡的太阳能无人机能源控制

针对太阳能无人机在飞行状态下可能出现的太阳能电池局部遮挡情况，开展相应的太阳能电池最大功率点追踪算法和能源控制研究。通过将发光亮度引入相对吸引力计算过程对萤火虫算法进行改进，实现了局部阴影情况下太阳能电池最大功率点的高效追踪。以此为基础，设计了考虑局部遮挡情况下太阳能无人机的太阳能电池/蓄电池混合能源状态机控制规则。以"蒲公英I"无人机为例，建立了太阳能电池阵列模型，开展了考虑局部遮挡情况下太阳能电池最大功率点追踪仿真实验；基于"蒲公英I"飞行剖面，开展了考虑局部遮挡情况的混合能源控制仿真试验。研究结果表明：改进的萤火虫算法可以实现在局部阴影情况下太阳能电池最大功率点的有效跟踪，与萤火虫算法相比收敛时间更短、且功率波动幅度更小；采用改进萤火虫算法和状态机能源管理策略，在考虑局部遮挡的飞行状态下可以实现太阳能电池/蓄电池之间的合理功率分配与控制。     

长航时无人机续航性能试飞方法优化研究

利用解析算法可计算长航时,无人机在典型任务剖面下巡航段的最有利航程和续航时间,及其对应的飞行参数,分析无人机等高变速、等速变高和等高等速3种巡航方式,及不同飞行参数的选取,对其巡航段航程和续航时间的影响。结果表明:在均选取最佳飞行参数时,等高变速巡航方式能达到最大续航能力,等高等速巡航方式的效果次于等高变速和等速变高巡航方式。该研究结果可直接应用在型号试飞中的任务性能、续航性能科目试飞及后续部队作战使用试飞中,根据无人机的控制方式,选择合适的飞行策略提升长航时无人机作战效能。     

多太阳能无人机覆盖路径优化方法

为解决传统电动无人机在覆盖作业时存在的续航时间短的问题,提出应用多架太阳能无人机进行覆盖作业。首先,在建立了应用于覆盖作业的太阳能无人机的能量模型的基础上,提出了能量流动效率这一指标来评价太阳能无人机在作业过程中对能量的利用率。其次,针对边界存在障碍物的凹多边形区域和内部含障碍物的多边形区域,以总作业完成时间最短为优化目标,提出基于无向图搜索方法的覆盖路径优化模型,定义约束方程限制无人机按照一定规则访问无向图中的节点,通过混合整数线性规划的方法求解每架无人机的最优飞行路径。再次,考虑无人机转弯时的姿态变化对能量流动效率的影响,将总作业完成时间最短和总能量流动效率最高同时作为优化目标,建立双目标优化方程,在首先以作业时间最短为优化目标进行求解的基础上,通过有限遍历的方式选择使能流效率和作业时间相对最优的覆盖飞行方向及飞行路径。大量仿真实验表明,所提的优化模型选取不同的优化目标,应用于不同形状的待覆盖区域,适用性广,在工程上应用范围广、可行性强。     

波音公司计划试飞两种无人机验证机

波音公司计划在10个月内进行两种无人机系统的飞行验证，即一种隐身飞翼布局无人作战飞机和一种续航时间长达4天的高空长航时氢动力无人机。