灵巧浮空器系统

《灵巧浮空器系统》围绕灵巧浮空器这一新型飞行器，建立了灵巧浮空器的基本概念，详细阐述了灵巧浮空器的特点，重点论述了灵巧浮空器的设计理论基础、飞行理论、热力学性能及能源系统。对灵巧浮空器的三大核心技术——高空型灵巧浮空器区域驻空技术、系留型灵巧浮空器飞行稳定控制技术、搭载式灵巧浮空器释放与驻留技术进行了探讨；最后，对灵巧浮空器飞行试验及应用进行了展望。

前言
第1章 绪论 1
1.1 灵巧浮空器系统概念 1
1.2 灵巧浮空器系统分类 2
1.3 灵巧浮空器系统的特点 3
1.4 灵巧浮空器系统研究进展 4
1.4.1 国外研究现状 4
1.4.2 国内研究现状 36
1.4.3 国内外差距分析 38
1.5 灵巧浮空器关键技术 39
1.5.1 浮空器系统关键技术 39
1.5.2 高空自由浮空器关键技术 41
1.5.3 系留浮空器主要关键技术 42
1.5.4 搭载式浮空器关键技术 43
1.5.5 灵巧浮空器任务载荷关键技术 44
1.6 灵巧浮空器的发展 46
1.6.1 发展趋势 46
1.6.2 发展方向 48
1.6.3 发展建议 50
参考文献 51
第2章 灵巧浮空器设计基础 53
2.1 浮空器设计要点 53
2.2 浮空器浮空原理 53
2.3 浮空器主要参数 55
2.3.1 浮空器的质量 55
2.3.2 浮空器的几何外形 56
2.4 浮空器压差 57
2.5 浮升气体物性 63
2.6 浮空器蒙皮材料 63
2.6.1 蒙皮材料的结构 64
2.6.2 材料研究进展 67
2.6.3 复合蒙皮材料的使用环境特点 71
2.6.4 材料的辐射特性 71
2.6.5 材料气密性影响 74
参考文献 81
第3章 灵巧浮空器飞行理论 84
3.1 飞行大气环境 84
3.1.1 温度特性 85
3.1.2 太阳辐射 86
3.1.3 风场 87
3.2 浮空器动力学模型 94
3.2.1 高空浮空器动力学 94
3.2.2 系留浮空器动力学 96
3.3 浮空器飞行性能 98
3.3.1 快速升空方法 98
3.3.2 升空过程体积变化 104
3.3.3 升空过程性能指标 108
3.4 浮空器流动数值模拟 110
3.4.1 浮空气球绕流网格生成 111
3.4.2 径向基函数网格变形基本方法 113
3.4.3 表面插值节点的选择方法 115
3.4.4 基于径向基函数的气球网格变形算例 116
3.4.5 流动控制方程及其求解 117
3.4.6 浮空器绕流性能 140
参考文献 148
第4章 灵巧浮空器热力学性能 150
4.1 浮空器热环境 150
4.1.1 太阳辐射 151
4.1.2 地球反射辐射 155
4.1.3 地球红外辐射 159
4.1.4 大气对流 160
4.2 浮空器热模型 161
4.2.1 浮空器有限元模型 162
4.2.2 浮空器热学模型 163
4.3 浮空器热特性 168
4.3.1 蒙皮材料吸发比影响 168
4.3.2 飞行高度影响 176
4.4 浮升气体渗透 179
参考文献 184
第5章 灵巧浮空器能源系统 187
5.1 系留型浮空器能源系统 187
5.1.1 系留型浮空器高压供电技术 188
5.1.2 浮空器系留缆绳 189
5.1.3 电力系统 197
5.2 高空浮空器系统能源系统 198
5.2.1 高空浮空器能源系统研究 198
5.2.2 光伏阵列 (太阳能电池板) 200
5.2.3 能源系统控制装置 206
5.2.4 储能电源 207
5.2.5 非晶硅太阳能电池作为空间能源的性能特点 209
5.3 高空浮空器能量管理 213
5.3.1 高空浮空器能量平衡 213
5.3.2 能量管理系统 214
5.3.3 能源管理单元 216
5.3.4 能源管理技术 218
5.4 环境储能策略 220
5.4.1 重力势能 220
5.4.2 风梯度 222
5.4.3 自然能 224
5.5 浮空器新型能源系统 227
5.5.1 微波能量传输技术 227
5.5.2 能源/蒙皮复合结构 234
5.5.3 多功能结构电池 235
参考文献 236
第6章 高空型灵巧浮空器系统区域驻空控制 240
6.1 浮空器高度控制 240
6.1.1 高度控制系统模型 240
6.1.2 模型仿真与试验验证 241
6.1.3 充/放气控制 243
6.1.4 压差控制 243
6.1.5 定高控制 247
6.1.6 吊篮姿态控制 249
6.2 浮空器飞行轨迹优化 256
6.2.1 恒定风场的二维轨迹优化 256
6.2.2 基于渐进法的二维轨迹优化 257
6.3 平流层风场数学模型研究与仿真分析 259
6.3.1 基于NCEP离散数据的NCEP RBF模型 259
6.3.2 HWM14模型 266
6.4 浮空器区域驻空性能 275
6.4.1 浮空器区域驻留原理 275
6.4.2 影响因素 275
6.5 搭载式浮空器组网方案研究 281
6.5.1 浮空器高空组网定位 281
6.5.2 空中气球基站——SkySite 284
6.5.3 空中Mesh组网 284
6.5.4 Google气球 285
参考文献 287
第7章 系留型灵巧浮空器系统飞行稳定控制 289
7.1 浮空器系留设计 289
7.1.1 绞车系统 290
7.1.2 系留塔 293
7.2 系留浮空器动力学模型 294
7.3 系留浮空器升降性能 297
7.4 系留浮空器稳定性分析 302
7.5 系留浮空器缆绳力学特性 305
7.6 系留浮空器抗风性能分析 308
参考文献 312
第8章 搭载式灵巧浮空器系统释放与驻留 313
8.1 搭载式浮空系统 315
8.1.1 搭载式浮空平台特点 315
8.1.2 平台关键技术及解决途径 316
8.1.3 搭载式浮空平台系统组成 317
8.2 搭载式浮空平台设计 318
8.2.1 浮空平台工作方式与装填布局 318
8.2.2 平台设计及装填布局计算 319
8.2.3 浮空器设计分析 320
8.2.4 平台的参数描述 321
8.3 浮空平台减速充气过程 322
8.3.1 浮空平台减速充气过程工作原理 322
8.3.2 降落伞的开伞充气过程 323
8.3.3 浮空器的拉直充气过程 324
8.3.4 浮空平台减速充气过程数学模型 325
8.3.5 搭载式浮空器充气研究 335
8.3.6 高空环境下浮空器快速充气 336
8.4 高空高速伞-球多体柔性动力学技术 341
8.4.1 气球方案设计 341
8.4.2 降落伞方案设计 343
8.4.3 降落伞系统多体动力学特性研究方案 344
8.5 搭载式浮空器的区域驻空 355
8.5.1 平流层大气环境调研 355
8.5.2 浮空气球系统数学模型 361
8.5.3 高度调节设计 365
8.5.4 控制系统总体设计 366
8.5.5 浮空平台全系统的动力学仿真 367
参考文献 369
第9章 灵巧浮空器飞行试验及应用 371
9.1 灵巧浮空器蒙皮制作 371
9.1.1 浮空器蒙皮及其制备方法 371
9.1.2 浮空器新型蒙皮 372
9.1.3 浮空器蒙皮用胶黏剂 373
9.1.4 浮空器囊体材料的涂料 374
9.1.5 浮空器蒙皮折叠 375
9.2 浮空器放飞及回收 375
9.2.1 系留浮空器放飞 375
9.2.2 系留浮空器回收 377
9.2.3 系留浮空器安全操作技术规范 378
9.2.4 高空浮空器放飞 379
9.2.5 高空浮空器实验舱回收系统 382
9.2.6 可回收的高空探测浮空器 383
9.3 地面配套设施 384
9.3.1 系留浮空器系留设施 384
9.3.2 高空浮空器系统地面站 388
9.3.3 灵巧浮空器的充收气装置 389
9.4 灵巧浮空器的工程应用 390
9.4.1 快速升空系留浮空平台视频监视系统 390
9.4.2 大气污染监测车载系留浮空器系统 390
9.4.3 系留灵巧浮空器球载GPS干扰系统 393
9.4.4 灵巧浮空器在应急通信中的应用 394
9.4.5 灵巧浮空器在安全预警、侦察中的应用 395
参考文献 397
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