国外高空长航时无人机动力技术的发展

高空长航时无人机是一种可在18—24km高空范围飞行、巡航时数不少于24h的无人机，在军用和民用领域都有广阔的应用前景。但是，由于高空长航时无人机的飞行任务与常规飞机的相比有很大不同，因此，为其动力装置的发展带来了很多新的技术挑战。     

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     

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。     

高空长航时无人机用涡扇发动机关键技术分析

针对目前高空长航时无人机(HALE UAV)在信息化战争中应用越来越广泛、地位越来越重要的现状,介绍了高空长航时无人机对动力的需求,总结了国外高空长航时无人机用涡扇发动机的发展现状,分析了其技术特点,提出了我国发展高空长航时无人机动力需突破的关键技术.     

无人机推进系统技术研究

不同用途的无人机由于其任务使命不同,对推进系统的要求也有较大差异.本文介绍了短寿命无人侦察飞机(URAV)、隐身无人作战飞机(UCAV)和高空长航时无人机(HALE UAV)推进系统的特点,分析了各种无人机对推进系统的要求以及推进系统技术对无人机性能的影响等.     

军用无人机的发展趋势及其关键技术

本文介绍了军用无人机(UAV)的现状和发展趋势,针对无人电子战飞机、无人战斗机、高空长航无人机和微型无人机的特点和作用,阐述了发展与应用军用无人机的关键技术。     

长航时无人机气动布局设计分析

针对高空长航时无人机的任务使命和使用特点，对其气动布局形式、动力装置的类型和数目、推重比和翼载、巡航Ma数、展弦比和翼型等设计参数进行了分析，确定了主要参数的取值范围和原则，可为高空长航时无人机总体设计提供参考。     

基于试飞数据的高空长航时无人机任务剖面优化方法

针对高空长航时无人机的任务剖面优化问题,综合考虑无人机的飞行特点,提出了阶梯式的巡航策略。建立了基于试飞数据的无人机任务剖面数学模型,将任务剖面优化问题转化为约束条件下求极值的问题,采用了免疫粒子群算法对问题进行求解。最后,将计算结果应用到飞行试验中,并与传统任务剖面试飞结果进行了对比。结果表明,该方法得到的任务剖面航程明显优于传统任务剖面。     

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。     

高空长航时飞翼无人机用涡扇发动机关键技术

自无人机诞生并应用于实战以来,无人机技术得到了迅猛的发展。随着各领域高科技技术的进步,战场环境趋于复杂,作战任务向高危对抗战场拓展,高空长航时飞翼无人机成为各国研究的热点。本文论述了高空长航时飞翼无人机对涡扇发动机的要求,结合航空发动机基本原理分析了关键设计参数对涡扇发动机性能的影响,总结了高空长航时飞翼无人机用涡扇发动机面临的关键问题及研究进展,对于高空长航时飞翼无人机用涡扇发动机的选型及适应性改进设计具有重要的参考价值。     

高空长航时太阳能无人机总体设计要点分析

高空长航时（HALE）太阳能无人机（UAV）的基本工作原理与常规动力飞机相比有显著的区别,体现在飞机总体设计方法上有其独到之处,方案设计中还需要对一些关键技术细节进行认真权衡。阐述了高空长航时太阳能无人机总体设计中遵循的重量不变和能量平衡原则的机理,同时从太阳能无人机巡航平飞功率需求、布局形式选取、飞行剖面优化和临近空间使用环境影响等方面出发,研究了太阳能无人机总体设计中的若干注意事项,主要结论可用于高空长航时太阳能无人机总体设计和方案优化。     

无人机综合飞行/推力矢量控制

以某无人机为背景,主要研究大机动时带推力矢量的综合飞行/推进控制系统的设计方法。应用非线性动态逆方法,根据无人机本身具有明显不同时间尺度差异的动力学特性,结合奇异摄动理论将控制变量按照响应快慢分为4个回路进行了控制器的设计与仿真;设计推力矢量控制和气动控制相结合的控制器,实现飞行和推力矢量的控制综合;将无人机的任务转化为对飞行控制的限制条件,对所设计的控制系统进行了数字仿真,结果表明所设计的控制器能够满足飞机做大机动时的控制要求。     

多螺旋桨太阳能无人机横航向操稳特性研究

首先分析了大型高空长航时太阳能无人机由于超大展弦比和高效多螺旋桨带来的航向阻尼增量和航向操纵导数,接着分析了由此带来的横航向动态特性变化,并结合多螺旋桨的操纵特性,提出了多桨航向控制方法,最后进行了仿真验证.结果表明,分布式多桨布局对提高该类无人机的横航向稳定性有较大作用,以多桨的转速变化量最小为目标的最优化航向控制分配方法对超长航时飞行很有利.     

Dynamic temperature prediction of electronic equipment under high altitude long endurance conditions

Unmanned Aerial Vehicle (UAV) is developing towards the direction of High Altitude Long Endurance (HALE). This will have an important influence on the stability of its airborne electronic equipment using passive thermal management. In this paper, a multi-node transient thermal model for airborne electronic equipment is set up based on the thermal network method to predict their dynamic temperature responses under high altitude and long flight time conditions. Some relevant factors are considered into this temperature prediction model including flight environment, radiation, convection, heat conduction, etc. An experimental chamber simulating a high altitude flight environment was set up to survey the dynamic thermal responses of airborne electronic equipment in a UAV. According to the experimental measurement results, the multi-node transient thermal model is verified without consideration of the effects of flight speed. Then, a modified way about outside flight speed is added into the model to improve the temperature prediction performance. Finally, the corresponding simulation code is developed based on the proposed model. It can realize the dynamic temperature prediction of airborne electronic equipment under HALE conditions.     

高空长航时无人机总体参数多目标优化

以高空长航时无人机的总体方案研究为背景,对高空长航时无人机总体参数建立了多目标优化模型,运用多目标遗传算法进行优化设计,最后通过建立的计算机程序得出优化结果.多目标优化用于高空长航时无人机总体参数优化,可以更加合理地评价高空长航时无人机的总体参数的最佳组合,避免设计上的缺陷,提高设计效率.结果表明,高空长航时无人机优化后的总体性能得到改善,说明该方法适用于高空长航时无人机总体方案的优化设计,对方案研究有一定参考价值.     

无人驾驶飞行器的气动特点和设计

首先论述了发展无人驾驶飞行器(UAV)的重要性,集中介绍了2种UAV的平台,包括:高空长航时UAV和无人战斗机(UCAV)。讨论了这2种飞行器空气动力特点和气动设计的主要问题。对于高空长航时UAV设计中要重点发展的专用翼型的设计,介绍了一种新型的杂交设计思想和提出了基于CFD技术的多目标多点优化设计的工具。讨论了此类飞行器三维机翼设计的基本要求和三维后掠自然层流机翼的设计。UCAV设计中强调了气动/隐身综合设计的重要性,讨论了无尾布局时新型先进气动控制和矢量推进相结合的必要和难点。     

Conceptual design and flight test of two wingtip-docked multi-body aircraft

To overcome the drawbacks such as large wing deformations, poor performance encountering gusts, limits in taking off and landing, inconvenience of transportation of High-Altitude Long-Endurance (HALE) Unmanned Aerial Vehicles (UAVs), a new conceptual aircraft called wingtip-docked Multi-Body Aircraft (MBA) has attracted lots of attentions. Aiming to investigate the feasibility of this concept, two UAV models were designed, manufactured and connected by a wingtip-docking mechanism, which only allows the relative roll motion between the two aircraft. The trim solution of the two connected aircraft is firstly obtained by solving the developed nonlinear flight dynamic equations, followed by the stability analysis based on the linearized model. The results show that the connected aircraft is inherently unstable and cannot fly without a reasonable flight control system. A set of Proportional-Integral-Derivative (PID) control laws was then developed and implemented in the two experimental aircraft. The success of the flight tests show that the flight control can effectively eliminate the unstable motion and the wingtip-docked MBA is controllable and feasible.     

Mission-oriented cooperative 3D path planning for modular solar-powered aircraft with energy optimization

Modular Solar-Powered Aircraft(M-SPA) is a kind of High-Altitude Long-Endurance(HALE) aircraft which exploits the mission advantage of swarm UAV and the HALE advantage of large aspect-ratio SPA. M-SPA’s separated mode and combined mode give it the potential to maximize the mission efficiency with limited solar energy. In this paper, firstly, oriented by the mission of maximizing the cruise area, the overall design of the M-SPA is modeled, including the energy model, the aerodynamic model and the...