高空太陽能無人機設計與動力學

序
前言

第1章 緒論
1.1高空太陽能無人機應用背景與研究意義
1.2太陽能無人機國內外研究
1.2.1美國Solong小型太陽能無人機
1.2.2瑞士AtlantikSolar小型太陽能無人機
1.2.3美國Pathfinder系列高空太陽能無人機
1.2.4美國HAWK30高空太陽能無人機
1.2.5瑞士SolarImpulse太陽能載人飛機與Skydweller高空太陽能無人機
1.2.6英國Zephyr高空太陽能無人機
1.2.7美國Vulture計畫高空太陽能無人機
1.2.8中國的太陽能無人機
1.3高空太陽能無人機的技術難點與挑戰
1.3.1以能量為中心的太陽能無人機總體參數設計方法
1.3.2高空太陽能無人機高效氣動與輕質結構設計
1.3.3太陽能無人機能源管理與熱管理研究
1.3.4太陽能無人機氣動彈性建模方法及動力學分析
參考文獻

第2章 光伏組件面功率特性與太陽能無人機能源管理
2.1太陽能無人機能源環境分析
2.1.1太陽輻射特性
2.1.2太陽與地平面相對位置的變化規律
2.1.3太陽總輻照度的變化規律
2.2高空環境下的光伏元件面功率模型
2.2.1太陽光線在光伏元件表面的入射角余弦值
2.2.2光伏元件的表面溫度特性
2.2.3面功率模型
2.3光伏元件的面功率特性分析
2.3.1機翼上表面的光伏元件面功率特性
2.3.2僅水準翼面鋪設光伏組件的太陽能無人機的可持續高度、緯度特性
2.3.3主動式光伏組件面功率特性
2.4太陽能無人機的熱特性及能源管理問題
2.4.1熱特性分析方法
2.4.2三維熱環境模擬模型及分析結果
2.4.3熱管理部件設計
2.4.4綜合熱管理策略
參考文獻

第3章 太陽能無人機飛行原理與總體參數設計方法
3.1太陽能無人機的能量平衡飛行原理
3.2基於能量平衡的太陽能無人機可持續高度分析
3.2.1翼載荷及各部件面密度特性
3.2.2各總體參數對可持續高度的影響
3.3太陽能無人機總體參數設計方法
3.3.1“機翼—帆尾”佈局太陽能無人機構型描述
3.3.2高空駐留太陽能無人機各部件品質組成
3.3.3品質平衡與能量平衡下的總體參數關聯
3.3.4總體參數設計過程
3.4高空駐留太陽能無人機總體佈局參數設計實例
3.4.1低緯度地區
3.4.2中緯度地區
參考文獻

第4章 太陽能無人機輕質結構設計
4.1典型太陽能無人機結構概述
4.1.1美國航境公司系列
4.1.2英國Zephyr太陽能無人機
4.1.3瑞士“陽光動力”太陽能無人機
4.1.4美國“奧德修斯”太陽能無人機
4.1.5結構形式總結
4.2太陽能無人機典型結構方案分析
4.2.1工字梁、圓管梁和箱形梁剛強度理論分析
4.2.2工字梁、圓管梁和箱形梁剛強度對比分析
4.2.3太陽能無人機機翼主樑方案快速設計流程
4.2.4複合材料桁架梁結構分析方法
4.3考慮纖維連續性的太陽能無人機複合材料圓管梁鋪層優化設計研究
4.3.1複合材料結構鋪層優化設計及纖維連續性模型
4.3.2主從式並行遺傳演算法
4.3.3優化程式與Nastran資訊交互
4.3.4太陽能無人機機翼結構簡介
4.3.5機翼有限元模型
4.3.6圓管梁優化模型
4.3.7圓管梁優化結果及分析
4.3.8小結
參考文獻

第5章 太陽能無人機動力學與風場建模方法
5.1非定常氣動力模型
5.1.1Theodorsen理論
5.1.2有限狀態理論
5.1.3ONEAR失速氣動力模型
5.1.4偶極子網格法
5.1.5非定常渦格法
5.1.6氣動模型對比算例
5.2結構動力學模型
5.2.1線性等效梁模型
5.2.2幾何非線性梁模型
5.2.3結構模型對比算例
5.3剛彈耦合建模方法
5.3.1平均軸系法
5.3.2准坐標系法
5.4複雜風場建模方法
5.4.1低空飛行環境風場模擬
5.4.2高空飛行氣象條件模擬
5.4.3風切變對無人機飛行的影響
參考文獻

第6章 太陽能無人機氣動彈性問題研究
6.1結構屬性對太陽能無人機性能影響研究
6.1.1“機翼—帆尾”太陽能無人機總體參數
6.1.2結構屬性對太陽能無人機靜力學特性影響研究
6.1.3結構屬性對太陽能無人機動力學特性影響研究
6.2大展弦比柔性機翼的顫振穩定性問題研究
6.2.1柔性機翼模型參數與結構模態分析
6.2.2經典顫振特性分析
6.2.3失速顫振特性分析
6.3飛翼無人機顫振穩定性與陣風響應特性研究
6.3.1飛翼無人機模型參數與結構模態分析
6.3.2體自由度顫振特性分析
6.3.3陣風回應時域特性分析
6.3.4陣風回應頻域特性分析
參考文獻

附錄 “太陽神”太陽能無人機飛行事故調查報告概述
1.墜機事件始末
1.1起飛前
1.2起飛
1.3墜機
1.4小結

2.分系統分析和測試
2.1結構和控制系統
2.2動力與推進系統
2.3結構完整性分析
2.4氣象分析
3.直接原因、根本原因、促成因素和建議
參考文獻