摘要：拓展太阳能飞机在较高纬度地区的跨年驻留性能有助于促成太阳能飞机的广泛实用化。建立了适用于任意高度、任意纬度、任意指向的光伏组件面功率模型,并考虑了光伏组件的温度效应,通过能量仿真得出:在方位角跟踪方式下,滚偏角为90°的主动式光伏组件的日均面功率最优。然后在布局与能源综合设计思想指导下,建立了一套基于机翼-帆尾的太阳能飞机总体参数设计方法,其组成模块包括各部件质量方程、气动效率方程、用于构建气动布局参数与全机光伏组件面功率特性之间映射关系的Kriging代理模型,以及参与总体参数匹配优化设计的量子粒子群优化(QPSO)算法及其多目标评价函数。面向高纬度与跨年驻留的设计指标,开展了机翼-帆尾太阳能飞机的方案实例设计,其中驻留纬度与高度指标分别为45°N和18km。详细分析了此方案在23.5°N^55°N纬度域内的可持续高度包线。研究结果表明:与传统布局形式相比,机翼-帆尾布局形式大幅提升了高纬度地区冬季附近的光伏组件面功率,有效地减小了翼展尺度、机翼面积并提升了巡航速度,具有良好的应用优势。方案设计实例也验证了基于机翼-帆尾的太阳能飞机总体参数设计方法的可行性。

摘要：光伏组件面功率特性是影响太阳能飞机性能指标的关键因素之一。首先建立了考虑光伏组件表面温度、太阳能飞机飞行高度、纬度及一年四季等因素的光伏组件面功率模型,分析了光伏组件在一年范围内的日均直射、日均水平面功率随飞行高度、纬度和季节等关键设计指标参数的变化规律,对比研究了3种跟踪采能方式下的主动式光伏组件(TPM)的逐时、日均面功率特性。结果表明:在一天的光照时间内和全年范围内,主动式光伏组件能显著提高光伏组件的面功率特性。然后,参考了典型的太阳能飞机"Helios"和"Zephyr",综合考虑能源与气动特性,初步设计了一种采用主动式光伏组件的高空驻留太阳能飞机布局方案,通过分析其日均净面功率特性得出:合理设计主动式光伏组件,可以显著提高太阳能飞机的日均净面功率约32%～66%,甚至可达116%。这些结论均说明,从采能效率和气动特性两方面综合来说,所提出的基于主动式光伏组件的布局设计思想在高空驻留太阳能飞机总体布局设计时具有良好的应用优势。

摘要：文章统计了现有典型太阳能飞机总体参数值,提炼出了太阳能飞机的低翼载荷特性,然后以翼载荷为主要对象,以太阳能飞机飞行原理为引导,对总体设计中的关键参量进行了敏度分析,总结出了太阳能飞机总体设计的关键技术攻关点。在此基础上,提出了适用于太阳能飞机的以能量为中心的总体综合设计方法,以瑞士太阳能飞机"HB-SIA"作为实例对该方法进行了验证,该方法在太阳能飞机总体方案设计阶段十分有效。

摘要：动力系统选型是影响巡飞弹战技指标中的航时、巡飞速度、航程以及任务载荷重量系数的关键因素之一。基于能量守恒推导出电动力螺旋桨、活塞式螺旋桨动力与喷气式动力3类动力型式的巡飞弹总体参数估算公式,利用敏度分析的思想逐个研究各动力型式性能参数对巡飞弹战技指标的影响程度与影响规律,并从能源供给的角度对比3类动力型式所用燃料的等效比能量特性,梳理出影响各动力型式差异的根源,为巡飞弹顶层设计阶段的动力系统与作战使用之间适配选型提供有效的指导原则。

摘要：机翼分段折叠的二次折叠翼可有效增加管射无人机的展弦比,提升管射无人机的巡航效能。但连接分段机翼的第二展开机构使得内、外机翼过渡段包络面相对厚度增大,气动性能降低,恶化了二次折叠翼的巡航性能。因此,建立二次折叠翼气动设计方法具有重要意义。开展了考虑第二展开机构几何约束的二次折叠翼气动优化设计研究。首先,采用自由变形(FFD)技术对二次折叠机翼进行参数化建模。其次,结合CFD求解器和遗传算法搭建了气动优化设计系统。最后,在具体优化设计工作中,将第二展开机构几何约束转化为关键剖面的绝对厚度约束,通过求解FFD控制点影响因子将绝对厚度约束转化为控制点设计变量变化范围约束。应用该优化系统对二次折叠机翼在升力系数0.68设计工况下开展考虑机构约束的优化设计工作,结果表明,在满足机构约束的前提下,机翼气动阻力减幅达到9.3%,有效地改善了二次折叠机翼气动特性。

摘要：针对串联混电飞机,首先在给定任务需求的飞行剖面内,结合动力学特性对整机的飞行性能进行分析,将总体设计参数与各飞行段的功率能耗需求相关联,进而开展各部分组件和全机的设计选型;然后对串联混电系统中的计算逻辑和各条工作路径进行梳理和总结,讨论分析能源管理策略对方案设计的潜在影响。基于搭建的设计系统,首先针对Dornier Do 228NG飞机构型,从3个设计方面,将该方法与国外两个团队各自开发的设计方法进行对比分析,结果表明,对设计点评估的相对误差均在1.5%以内,对传统动力方案设计的各项相对误差在6%以内,而串联混电方案设计中最大起飞质量的相对误差在4%以内,验证了本文方法的可行性和有效性。其次,分析讨论了4种能源管理策略的特点和优劣势,并基于一款国外现有的串联混电飞机Panthera Hybrid,研究了不同策略下的动力系统工作特征和各项设计参数差异。其中,Light策略下的飞机起飞总质量最小,收益来源主要是起飞阶段的最大需求功率由燃油和电池动力系统同时承担,直接优化了动力系统的总质量。

摘要：升力风扇垂直起降飞机属于一种特殊的固定翼飞行器,兼有直升机式的悬停状态、固定翼状态,以及特殊的过渡状态。在这三种状态下,两套升力部件(直接升力部件和气动升力部件)只共用一套动力源,使得动力源工作状态差异很大,导致各总体参数之间的匹配关系与常规固定翼飞机甚为不同。为此,基于螺旋桨动量理论推导了升力风扇垂直起降飞机全机升阻、功率特性的估算模型;并针对整个过渡过程,分析了各总体参数对过渡态功率、阻力特性的影响,进而得到各总体参数的合理匹配方法以满足减小"富余功率"和节省过渡阶段的燃油消耗量的设计要求,提高巡航经济性。所研究的成果能为升力风扇垂直起降飞机概念设计提供有效地指导原则。

摘要：相对于常规动力型式的长航时飞机,尽量提高太阳能飞机的最大持续任务高度,更能体现其在工程应用中的显著优势。基于能量平衡,采用敏度分析的方法,着重分析了各总体参数对太阳能飞机可持续高度的影响及约束程度。参与分析的总体参数有各系统部件的"效率特性"参数、"重量特性"参数和设计指标中的飞行季节等。研究结果表明:主要有光伏组件效率及其面密度、结构面密度和二次电池比能量共同约束着可持续高度的上限;要实现跨季节或数年飞行时,飞行季节也约束着可持续高度的上限;另外,仅从能量采集与能量消耗之间的差值来看,太阳能飞机"有利"巡航高度约为10 km。所研究的结果能为太阳能飞机方案设计阶段中的总体参数选型提供指导。

摘要：不间断飞行太阳能飞机是以太阳能作为飞行动力并能储存白天采集的太阳能完成越夜飞行的飞机,这种飞机力求通过减少、减免起降和补给维护来降低全寿命周期使用成本。建立了由"建立能量链"、"建立质能关系"和"连接总质量和能量链起点完成迭代环"三步组成的不间断飞行太阳能飞机总体参数设计的一般方法。为了减少常数化的升力系数和零升阻力系数在布局的气动潜力上造成的浪费,推导了用于耦合与不间断飞行能力相关的布局参数的升力系数和零升阻力系数估算模型,并对上述方法加以改善。以"Skysailor"作为实例考察新方法的应用效果,结果表明:新方法拓展了设计域、增强了设计方案的负载能力。

摘要：结合升力风扇系统动量理论方程和固定翼飞机的升阻计算模型,建立了升力风扇垂直起降飞机升阻特性估算模型。通过该模型得到了升力风扇垂直起降飞机的典型阻力特性曲线,并分析了全机总体参数对于过渡态阻力峰值的影响关系,进而得到了关于升力风扇垂直起降飞机总体布局设计的相关指导原则。