高空太阳能无人机设计与动力学

系统阐述高空太阳能无人机的总体设计、能源管理与结构动力学问题。

本书基于作者多年来在太阳能无人机领域的研究理论和研究成果，结合工程实践经验撰写而成。书中系统梳理了国内外典型太阳能无人机的研发历程和设计特点，全面阐述了高空驻留太阳能无人机的设计与动力学问题，包括其总体设计、结构设计、能量管理、柔性机翼动力学和气动弹性等关键技术问题，内容丰富、结构完整，有助于读者增进对太阳能无人机的认识和了解，并形成一定的总体设计能力和结构设计能力。本书可供从事太阳能无人机设计的科研人员、工程技术人员使用，也可供高等院校相关专业师生参考。

序
前言
第1章绪论
1.1高空太阳能无人机应用背景与研究意义
1.2太阳能无人机国内外研究
1.2.1美国Solong小型太阳能无人机
1.2.2瑞士AtlantikSolar小型太阳能无人机
1.2.3美国Pathfinder系列高空太阳能无人机
1.2.4美国HAWK30高空太阳能无人机
1.2.5瑞士SolarImpulse太阳能载人飞机与Skydweller高空太阳能无人机
1.2.6英国Zephyr高空太阳能无人机
1.2.7美国Vulture计划高空太阳能无人机
1.2.8中国的太阳能无人机
1.3高空太阳能无人机的技术难点与挑战
1.3.1以能量为中心的太阳能无人机总体参数设计方法
1.3.2高空太阳能无人机高效气动与轻质结构设计
1.3.3太阳能无人机能源管理与热管理研究
1.3.4太阳能无人机气动弹性建模方法及动力学分析
参考文献
第2章光伏组件面功率特性与太阳能无人机能源管理
2.1太阳能无人机能源环境分析
2.1.1太阳辐射特性
2.1.2太阳与地平面相对位置的变化规律
2.1.3太阳总辐照度的变化规律
2.2高空环境下的光伏组件面功率模型
2.2.1太阳光线在光伏组件表面的入射角余弦值
2.2.2光伏组件的表面温度特性
2.2.3面功率模型
2.3光伏组件的面功率特性分析
2.3.1机翼上表面的光伏组件面功率特性
2.3.2仅水平翼面铺设光伏组件的太阳能无人机的可持续高度、纬度特性
2.3.3主动式光伏组件面功率特性
2.4太阳能无人机的热特性及能源管理问题
2.4.1热特性分析方法
2.4.2三维热环境仿真模型及分析结果
2.4.3热管理部件设计
2.4.4综合热管理策略
参考文献
第3章太阳能无人机飞行原理与总体参数设计方法
3.1太阳能无人机的能量平衡飞行原理
3.2基于能量平衡的太阳能无人机可持续高度分析
3.2.1翼载荷及各部件面密度特性
3.2.2各总体参数对可持续高度的影响
3.3太阳能无人机总体参数设计方法
3.3.1“机翼—帆尾”布局太阳能无人机构型描述
3.3.2高空驻留太阳能无人机各部件质量组成
3.3.3质量平衡与能量平衡下的总体参数关联
3.3.4总体参数设计过程
3.4高空驻留太阳能无人机总体布局参数设计实例
3.4.1低纬度地区
3.4.2中纬度地区
参考文献
第4章太阳能无人机轻质结构设计
4.1典型太阳能无人机结构概述
4.1.1美国航境公司系列
4.1.2英国Zephyr太阳能无人机
4.1.3瑞士“阳光动力”太阳能无人机
4.1.4美国“奥德修斯”太阳能无人机
4.1.5结构形式总结
4.2太阳能无人机典型结构方案分析
4.2.1工字梁、圆管梁和箱形梁刚强度理论分析
4.2.2工字梁、圆管梁和箱形梁刚强度对比分析
4.2.3太阳能无人机机翼主梁方案快速设计流程
4.2.4复合材料桁架梁结构分析方法
4.3考虑纤维连续性的太阳能无人机复合材料圆管梁铺层优化设计研究
4.3.1复合材料结构铺层优化设计及纤维连续性模型
4.3.2主从式并行遗传算法
4.3.3优化程序与Nastran信息交互
4.3.4太阳能无人机机翼结构简介
4.3.5机翼有限元模型
4.3.6圆管梁优化模型
4.3.7圆管梁优化结果及分析
4.3.8小结
参考文献
第5章太阳能无人机动力学与风场建模方法
5.1非定常气动力模型
5.1.1Theodorsen理论
5.1.2有限状态理论
5.1.3ONEAR失速气动力模型
5.1.4偶极子网格法
5.1.5非定常涡格法
5.1.6气动模型对比算例
5.2结构动力学模型
5.2.1线性等效梁模型
5.2.2几何非线性梁模型
5.2.3结构模型对比算例
5.3刚弹耦合建模方法
5.3.1平均轴系法
5.3.2准坐标系法
5.4复杂风场建模方法
5.4.1低空飞行环境风场模拟
5.4.2高空飞行气象条件模拟
5.4.3风切变对无人机飞行的影响
参考文献
第6章太阳能无人机气动弹性问题研究
6.1结构属性对太阳能无人机性能影响研究
6.1.1“机翼—帆尾”太阳能无人机总体参数
6.1.2结构属性对太阳能无人机静力学特性影响研究
6.1.3结构属性对太阳能无人机动力学特性影响研究
6.2大展弦比柔性机翼的颤振稳定性问题研究
6.2.1柔性机翼模型参数与结构模态分析
6.2.2经典颤振特性分析
6.2.3失速颤振特性分析
6.3飞翼无人机颤振稳定性与阵风响应特性研究
6.3.1飞翼无人机模型参数与结构模态分析
6.3.2体自由度颤振特性分析
6.3.3阵风响应时域特性分析
6.3.4阵风响应频域特性分析
参考文献
附录“太阳神”太阳能无人机飞行事故调查报告概述
1.坠机事件始末
1.1起飞前
1.2起飞
1.3坠机
1.4小结
2.分系统分析和测试
2.1结构和控制系统
2.2动力与推进系统
2.3结构完整性分析
2.4气象分析
3.直接原因、根本原因、促成因素和建议
参考文献