菲利克斯·鲍姆加特纳：挑战平流层 从天而降

2012年10月14日，在美国墨西哥州东南部罗斯韦尔小镇。一支由10人组成的队伍。操作着两辆货车，长长的吊车机臂缓慢地转动着，往类似于大塑料袋子的容器里面填充着什么东西。吊车机臂、太空舱、忙碌的人员，这一幕忙碌的景象，犹如在进行一场科幻影片的拍摄。用工作人员的话来说，这可比任何一部科幻影片中的场景要恐怖得多。     

面向持续战域感知的近空间飞行器技术

未来战争呈全空域立体化发展趋势,近空间的深入探索和有效利用日益受到重视.本文从热力学特性和电离特性角度,概述了近空间大气环境.重点以持续的战域感知为军事应用背景,介绍了现有的C4ISR能力,进而归纳评述了相关近空间飞行器的技术发展、工程设计、概念应用.分析指出,近空间无人HALE飞机具有填补持续的C4ISR能力中所有空缺的潜力.     

一种浮空器压力调节综合控制系统设计

针对现有浮空器压力控制系统设计的不足,结合浮空器的使用环境,提出了一种基于双机冗余热备份、嵌入式CPU、高精度实时数据采集与处理的压力调节控制装置解决方案。首先建立了浮空器的压差数学模型;接着,以该模型为基础,进行压力调节控制系统设计,包括多余度压力控制系统设计、仲裁融合应急处理设计、压力自控设计。最后,采用该种设计的系留气球的空中试验结果表明,该压力系统控制能够根据气球所处不同的工作状态,融合传感网络状态信息,自主选择自控程序入口,较好的对气球气囊压力进行了有效调节与控制,保证了气球的安全。     

基于平流层风场预测的浮空器轨迹控制

平流层风场环境对浮空器设计和轨迹控制具有重要影响。针对平流层风场建模,以长沙地区2005—2010年的风场数据为例,首先采用本征正交分解（POD）方法对风场数据进行降阶处理;然后分别采用Fourier级数与BP神经网络算法对平流层风场进行预测,并对2种模型的预测精度进行比较分析;最后通过建立临近空间浮空器的动力学模型和高度调控模型,分析2种风场预测模型对浮空器轨迹控制的影响。研究结果表明,相对于Fourier预测模型,基于BP神经网络预测模型的预测精度更高,可信度更强,能够更好地为浮空器飞行轨迹控制提供参考价值。      

对流层顶变化对上对流层/下平流层臭氧分布的影响

上对流层和下平流层(UT／LS)，位于8-25km高度之间，是大气中一个很特殊的区域．大部分的臭氧分布在下平流层，在下平流层臭氧的含量发生一个很小的变化，就会对气候和地面的紫外辐射产生很大的影响．而作为气象参数的对流层顶，是充分混合、缺乏臭氧的上对流层和层结稳定、臭氧丰富的下平流层之间的边界或过渡层，其变化对臭氧总量和分布有直接和明显的影响．本文使用二维模式模拟研究对流层顶变化对臭氧在UT／LS分布的影响．模拟结果表明对流层顶的季节变化对UT/LS的臭氧分布有明显的影响，臭氧的局地变化可以超过10％在冬季北半球中纬度对流层顶高度升高1km时，模式结果表明对臭氧分布的影响比较显著，局地变化可超过6％，但是对臭氧总量的影响较小，变化不超过5DU，小于观测资料统计分析的结果。     

浮空器管材结构连接方式比较及拉伸强度分析

浮空器结构件如吊舱、过渡架及推进支架等多采用金属管材连接。目前,浮空器管材结构连接缺乏使用工况下极限值实测数据,材料及连接方式选择的理论支撑尚有不足。据此,对常用管材的不同连接方式进行比较及断裂分析。研究中铝合金和钛合金管材分别采用螺接及焊接的方式进行连接,测试样品的力学性能并结合仿真分析验证其断裂原因。结果表明:TA1钛合金管材采用焊接连接方式,相对螺接方式连接强度提高 87.9%;6061铝合金管材采用螺接连接方式,相对焊接方式连接强度提高 39.3%。2A12铝合金管材焊接连接强度优于螺接连接强度。同时,分析断裂原因发现,管材形变是影响焊缝连接强度的重要因素;应力集中易发生在管材端部连接处,导致端部焊缝发生断裂;管材形变会使母材断裂时伴有撕裂现象,进一步降低管材的最大连接强度。     

AIRS观测资料研究全球平流层重力波特性

利用2012—2014年1月和7月AIRS（Atmospheric Infrared Sounder）第79通道的观测数据,分析了平流层重力波活动强弱的全球分布以及重力波发生频率的全球分布;分析了重力波活动随纬度和经度的变化特征,给出了重力波活动在全球范围内的热点区域及其活动强度;对比了白天与夜间的重力波活动强度及发生频率.研究表明重力波活动强度呈现出随纬度变化的特征,在低纬度地区（0°—30°）,冬季半球重力波活动强度低,夏季半球重力波活动高;在中高纬度地区,冬季半球重力波活动强度高而夏季半球重力波活动强度低.在1月,全球重力波活动有4个突出的热点区域,分别为50°N附近欧洲大陆与大西洋交接地带、北美洲与大西洋交接地,20°S附近南美洲与大西洋交接地区、非洲与印度洋交接地区.在7月,重力波活动突出的地方为巴塔哥尼亚至南极半岛地区,以及50°S和75°E附近的印度洋区域.重力波活动强度在夜间大于白天,但是夜间的强重力波活动区域小于白天.      

利用自然能的轨迹可控临近空间浮空器初步设计

文章针对现有临近空间浮空器持久区域驻留期间面临的“超热”、“超压”和抗风机动飞行对材料和能源技术的挑战,提出一种充分利用自然界热能和准零风层风场环境的新型临近空间浮空器技术方案。文章分别介绍了新型临近空间浮空器的工作原理、系统组成、功能特点和飞行操控策略;通过浮空器热建模仿真分析和参数总体设计,研究了主气囊热控参数、浮空器白天和夜间“超热”能力,以及浮空器体积规模之间的耦合关系。结果表明,通过主气囊热控参数优化设计,可使浮空器白天“超热”值在100K以上,夜间“超热”值在20K以上,并给出了20~80K“超热”范围内的新型浮空器总体参数设计结果,这些结果满足浮空器高度调节所需浮升能力变化要求。     

平流层电动机控制器热特性仿真分析和实验

为得到某电动机控制器在平流层低温低气压环境下工作时的热特性,开展了基于软件Icepak的热仿真分析,并通过地面环境模拟实验和平流层飞行实验对仿真模型进行了验证,仿真结果与实验结果基本吻合。结果表明:控制器的热设计可以满足保温和散热要求;在平流层低气压条件下,内部风扇可有效地保持控制器内部温度的均衡;平流层高度的太阳辐射对控制器内部温度分布有较大影响,在进行热设计时应予以考虑。研究结果为平流层电动机控制器的工程应用提供重要的参考依据。