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。     

A Portrait of the Nucleus of Comet 67P/Churyumov-Gerasimenko

In 2003, comet 67P/Churyumov–Gerasimenko was selected as the new target of the Rosetta mission as the most suitable alternative to the original target, comet 46P/Wirtanen, on the basis of orbital considerations even though very little was known about the physical properties of its nucleus. In a matter of a few years and based on highly focused observational campaigns as well as thorough theoretical investigations, a detailed portrait of this nucleus has been established that will serve as a baseline for planning the Rosetta operations and observations. In this review article, we present a novel method to determine the size and shape of a cometary nucleus: several visible light curves were inverted to produce a size–scale free three–dimensional shape, the size scaling being imposed by a thermal light curve. The procedure converges to two solutions which are only marginally different. The nucleus of comet 67P/Churyumov–Gerasimenko emerges as an irregular body with an effective radius (that of the sphere having the same volume) = 1.72 km and moderate axial ratios a/b = 1.26 and a/c = 1.5 to 1.6. The overall dimensions measured along the principal axis for the two solutions are 4.49–4.75 km, 3.54–3.77 km and 2.94–2.92 km. The nucleus is found to be in principal axis rotation with a period = 12.4–12.7 h. Merging all observational constraints allow us to specify two regions for the direction of the rotational axis of the nucleus: RA = 220°^+50° _−30° and Dec = −70^° ± 10^° (retrograde rotation) or RA = 40°^+50° _-30° and Dec = +70^°± 10^° (prograde), the better convergence of the various determinations presently favoring the first solution. The phase function, although constrained by only two data points, exhibits a strong opposition effect rather similar to that of comet 9P/Tempel 1. The definition of the disk–integrated albedo of an irregular body having a strong opposition effect raises problems, and the various alternatives led to a R-band geometric albedo in the range 0.045–0.060, consistent with our present knowledge of cometary nuclei. The active fraction is low, not exceeding ~ 7% at perihelion, and is probably limited to one or two active regions subjected to a strong seasonal effect, a picture coherent with the asymmetric behaviour of the coma. Our slightly downward revision of the size of the nucleus of comet 67P/Churyumov-Gerasimenko resulting from the present analysis (with the correlative increase of the albedo compared to the originally assumed value of 0.04), and our best estimate of the bulk density of 370 kg m⁻³, lead to a mass of ~ 8 × 10¹² kg which should ease the landing of Philae and insure the overall success of the Rosetta mission.     

一种耦合CFD修正的螺旋桨快速设计方法

基于叶素动量理论及涡流理论的螺旋桨快速设计方法，由于设计采用的叶素气动力与真实情况存在差异，设计的螺旋桨存在拉力偏差，且不能保证较高的效率。为解决此问题，采用螺旋桨数值模拟的结果对设计进行修正。假设桨叶叶素最大升阻比对应的气动力沿径向相同，可通过数值模拟结果反解该气动力，再根据所得气动力进行螺旋桨的重新设计，建立耦合CFD修正的螺旋桨快速设计方法。结果表明，对于太阳能无人机小型螺旋桨的设计，本文设计方法一方面能够较好地满足拉力要求，另一方面相比于传统设计方法螺旋桨效率可提高2.75%。在采用代理优化的方法对螺旋桨翼型进行优化后，相比于传统设计方法螺旋桨效率进一步提高了3.95%。且该方法只需进行少量的CFD计算即可，相比于直接采用数值模拟优化螺旋桨的弦长及扭转角分布，设计周期更短。     

硫源种类对微波合成CZTS颗粒与薄膜性能的影响

研究不同硫源对微波液相合成的Cu２ＺｎＳｎＳ４（CZTS）纳米颗粒尺寸及形貌的影响。结果表明：当采用硫脲作为硫源时,所制备的CZTS纳米颗粒为平均尺寸500 nm的球状结构纳米颗粒;采用L 半胱氨酸作为硫源所制备的CZTS纳米颗粒为50 nm的空心球状纳米颗粒;而当使用硫代乙酰胺作为硫源制备CZTS纳米颗粒,其平均尺寸仅为3 nm。采用 平均尺寸为500 nm或50 nm的纳米颗粒制备墨水,将墨水旋涂到衬底上时,其致密性很差,明显存在许多孔洞。当采用平均尺寸为3 nm的纳米颗粒制作墨水,并将其制成薄膜时,薄膜致密性与均匀性都比较好。将最佳的预制薄膜进行硫化处理,其结晶性明显提高,并得到转化效率为2.1%的CZTS太阳电池。     

空间太阳能电站的激光无线能量传输技术研究

以空间太阳能电站为研究背景,通过对大功率激光发射、高效激光能量接收、高功率激光光束控制等关键技术的研究,提出了一种可用于空间太阳能电站的激光无线能量传输系统,可为未来空间太阳能电站的建设和应用提供技术支撑和方法储备,同时也可为我国空间科学研究及新能源应用提出了一种安全、高效、先进的技术手段。     

高效率远距离激光无线能量传输方案设计

为了提高激光传能的电到电转化效率,文章设计了一种激光传能系统,采用相位阵列提高光束接收端光强分布的均匀度同时提高激光发射端与光束接收端之间的瞄准精度,优化了光电池排列设计,增大了光电池对激光束的接收效率及光电转换效率,从而提高了激光传能的电到电转换效率。     

高超声速气动热数值计算壁面网格准则

首先对高超声速气动热数值模拟中的3种壁面法向网格准则(平均自由程(MFP)、自由来流参数网格雷诺数和壁面参数网格雷诺数准则)进行了分析.随后,提出了壁面参数预估方法,使得壁面参数网格雷诺数和MFP两种准则无需进行试算即可直接预估壁面法向网格尺度.其次,运用提出的壁面参数预估方法结合不同网格准则,在同一实验条件下确定多个壁面法向网格尺度,通过与实验数据对比研究各网格准则确定的壁面法向网格尺度是否满足热环境模拟精度要求,并对提出的壁面参数预估方法进行验证.最后,开展了高超声速二维完全气体及真实气体效应算例、三维钝双锥算例的数值模拟.研究表明,壁面参数预估方法是可靠的;自由来流参数网格雷诺数准则随来流静温变化所确定的网格尺度变化趋势与物理推理相悖;基于壁面参数网格雷诺数和MFP两种准则主要受壁面温度影响,其在同一条件下所确定的网格尺度基本一致,并满足热环境模拟的精度要求.      

月尘累积特性测量技术研究与应用

月尘是月球环境对月球探测器影响中的一个重要因素。文章针对月表的自然环境和月尘累积特性分布机理,开展对月尘累积特性的测量技术研究,提出了采用黏性石英晶体微量天平(SQCM)和太阳电池短路电流两种测量方法,分别测量月表自然悬浮月尘的累积特性和着陆月表时扬起的月尘量,并在此基础上设计了月尘测量系统。该测量系统包括SQCM探头、太阳电池探头和电控箱,地面标定试验结果验证了其设计的可行性。此测量系统成功应用于嫦娥三号月球探测任务中,并实现了月尘累积特性的在轨原位测量。     

太阳电池阵新型互连片微连接技术探讨

太阳电池阵由多个太阳电池单体串并联组成,焊接部位多,因此电池电路的互连成为其可靠性的制约因素。文章通过分析太阳电池阵新型互连片焊接影响因素,并进行焊接工艺试验验证,摸索出新型互连片的焊接参数,满足太阳电池焊接强度要求,为航天器的长寿命设计提供参考。     

Stratobus平流层飞艇项目研究进展与仿真分析

平流层飞艇是当前的前沿热点研究方向,创新性强、技术挑战大。针对国外公开在研的大型超长航时平流层飞艇项目Stratobus,首先对基本方案进行总结分析,梳理总体研究进展,然后归纳剖析囊体材料、太阳电池、可再生氢氧燃料电池、吊舱移动系统等核心关键技术方案和研究进展,在此基础上,通过数值仿真,对决定平流层飞艇总体方案可行性的浮重平衡、推阻平衡、能源平衡进行综合分析,提出了Stratobus项目发展的启示,为平流层飞艇总体设计和研究发展提供参考借鉴。