太阳能飞机 高空长航时飞行关键问题

本书介绍了太阳能飞行器在平流层高度跨昼夜长期运行所面临的关键问题，分析了比照传统飞行器设计模式开发高空长航时太阳能飞行器所存在的瓶颈和障碍，阐述了结合飞行过程的飞行器设计方法，引入了基于重力势力储能和基于风梯度能量获取的创新解决思路。本书主要为从事太阳能飞行器设计的研究者拓展飞行器性能边界提供思路、建立重点技术攻关方向提供参考、研究创新总体设计技术提供支撑。本书适合高等院校飞行器设计专业高年级本科生和研究生使用，也可供从事飞行器设计工作的科研人员和工程技术人员参考。

侯中喜，男，1973年生，陕西宝鸡人，国防科技大学教授、博士生导师，空天科学学院副院长。被聘为国家某重大专项专家委委员、专家组副组长，秘书长；担任军委科技委某主题专家组专家、专题组首席科学家、重大专项领域专家等。 现任教育部空天工程技术中心委员，湖南飞艇工程研究中心副主任，厦门智能空天飞行器研究中心主任。主要从事优选飞行器系统与智能集群技术的创新研究工作，负责自然科学基金、国家863计划、国家重大专项等重点课题30余项。获军队教学成果二等奖1项；获军队和省部级科技成果奖二等奖2项，发表学术论文90余篇，出版教材和专著5部，授权专利50余项。

丛书序
前言
第1章绪论1
1.1研究背景1
1.2高空长航时太阳能飞行器研究概况3
1.2.1“ERAST”研究计划3
1.2.2“Zephyr”研究计划5
1.2.3“Vulture”研制计划5
1.2.4其他太阳能飞机研究计划6
1.3相关领域研究进展9
1.3.1重力势能储能9
1.3.2梯度风动态能量提取11
1.4高空长航时飞行核心问题与本书主要内容13
1.4.1核心问题13
1.4.2本书主要内容14
第2章太阳能飞行器设计分析17
2.1引言17
2.2太阳能飞行器能源系统组成与研究现状18
2.2.1光伏电池研究现状分析19
2.2.2储能电池研究现状分析22
2.3以能量为中心的太阳能飞行器设计方法28
2.3.1太阳能飞行器翼载荷理论上限28
2.3.2太阳能飞行器设计参数确定方法30
2.3.3设计参数确定算例32
2.4本章小结37
第3章重力滑翔运动特征分析38
3.1引言38
3.2太阳能飞行器系统建模38
3.2.1动力学方程39
3.2.2气动力计算方法39
3.2.3能源管理系统43
3.2.4太阳辐射强度估计模型43
3.2.5太阳能飞行器推进系统46
3.3重力滑翔解存在性条件47
3.3.1目标函数与边界条件47
3.3.2很优解存在性条件48
3.4重力滑翔运动特征52
3.4.1典型重力滑翔轨迹52
3.4.2初始速度对很优滑翔轨迹的影响54
3.4.3初始高度对很优滑翔轨迹的影响56
3.4.4重力滑翔长航时飞行可行性分析57
3.5本章小结59
第4章重力势能量存储等价性问题研究60
4.1引言60
4.2基于重力势能储能的航迹规划方法60
4.2.1航迹规划问题描述61
4.2.2太阳能飞行器推力与能量特性分析61
4.2.3航迹规划方法63
4.2.4仿真应用与讨论64
4.3太阳能飞行器电池质量与飞行轨迹联合优化方法68
4.3.1飞行任务描述68
4.3.2航迹的GPM优化方法70
4.3.3储能电池质量的PSO优化算法76
4.3.4求解过程与数值优化结果78
4.4基于重力势能储能的能源管理策略83
4.4.1基于平飞巡航的能源管理策略83
4.4.2基于重力势能储能的能源管理策略85
4.4.3仿真应用与比较87
4.4.4关键技术敏感性分析93
4.5重力势能储能与储能电池储能的等价性98
4.5.1航时因子定义98
4.5.2等价性计算与比较99
4.5.3对等价性影响的关键因素分析101
4.6本章小结109
第5章梯度风动态滑翔运动特征分析111
5.1引言111
5.2动态滑翔解存在性条件111
5.2.1梯度风动态滑翔模型111
5.2.2动态滑翔目标函数与边界条件115
5.2.3动态滑翔很优性条件116
5.3动态滑翔运动特征分析120
5.3.1数值解很优轨迹120
5.3.2动态滑翔航迹分段特征分析121
5.3.3基于特征运动的动态滑翔125
5.4本章小结129
第6章梯度风动态滑翔能量提取基础问题研究131
6.1引言131
6.2不同动态滑翔类型能量获取效率研究131
6.2.1目标函数和边界条件132
6.2.2不同动态滑翔类型航迹仿真134
6.2.3关于动态滑翔能量获取效率的讨论138
6.3梯度风场估计方法研究142
6.3.1问题描述143
6.3.2增广粒子滤波参数估计方法144
6.3.3梯度风参数估计仿真147
6.3.4梯度风参数估计性能比较155
6.4梯度风对高空长航时飞行的影响157
6.4.1高空风场特点157
6.4.2高空长航时飞行建模分析158
6.4.3梯度风对飞行器爬升阶段的影响分析161
6.4.4梯度风对飞行器滑翔阶段的影响分析165
6.5动态滑翔的应用前景与挑战分析168
6.5.1应用前景168
6.5.2面临的挑战173
6.6本章小结174
参考文献175