摘要：一台用于观测对流层和平流层风场的车载瑞利测风激光雷达于安徽合肥建成,该雷达使用双边缘技术,设计探测高度10~40 km,距离分辨率分别为100 m（20 km高度以下）和500 m（20 km高度以上）。在2011年夏季该雷达于新疆乌鲁木齐地区（42.1°N,87.1°E）进行了风场观测实验并成功观测到了平流层准零风层大气结构,给出了几组夜间典型的风场数据,根据观测结果得出：准零风层底部高度稳定在17~18 km高度而不随时间变化,而准零风层厚度则随时间有一个先增大后减小的趋势,并在北京时间凌晨0点~3点期间达到最大值。在观测中出现的准零风层厚度最大值超过15 km,最小值则仅有约2~3 km。分析认为：准零风层厚度的变化与夜间平流层接收到的紫外线辐射强度变化有关,同一时刻不同纬度上的平流层接收的紫外线辐射强度变化程度不同,导致平流层温度梯度继而大气环流的速度发生变化,从而引起准零风层厚度变化。

摘要：针对平流层底部准零风层特点,提出一种基于风场综合利用进行长时区域驻空的新型平流层浮空器,系统采用南瓜形超压气球体制,建立系统的浮重模型、推阻模型和能源模型,利用迭代算法完成了总体方案设计。在此基础上,建立动力学模型和高度调控模型,针对我国某地风场模型,设计东西、南北方向独立控制区域驻留策略以及基于风场综合利用的协同控制区域驻留策略,通过SIMULINK模块开展区域驻留仿真,并对五种控制模式下的飞行轨迹进行对比分析。

摘要：基于风场环境利用的平流层浮空器继承高空气球结构简单、技术成熟、快速响应、使用效费比高等特点,通过引入控制设计,克服轨迹控制和高度控制等方面的局限,具备一定的飞行轨迹规划和区域驻留能力,是当前临近空间飞行器发展的重要方向。本文基于对典型项目的调研分析,梳理了基于风场环境利用的平流层浮空器在区域驻留应用中的关键技术,重点讨论了风场感知与建模、风场利用方法、轨迹规划与决策等核心问题的研究现状,对现有方案进行深入分析,从实际应用的角度探讨了相关技术难题的可行解决方案。

摘要：平流层飞艇为了实现定点控制需要较大的能源消耗。借鉴平流层卫星的轨迹控制思想,基于平流层底部"准零风层"这一特殊风场特性,提出一种新型的平流层浮空器定点部署方案。通过对运行环境风场的统计分析,给出系统总体结构和工作原理:通过控制轨迹控制器姿态调整浮空气球高度,利用准零风层上下区域纬向风反向的特点实现东西方向控制;利用轨迹控制器产生经向控制力,通过系绳拖动气球实现南北方向控制。建立了浮空气球和轨迹控制器的动力学模型,提出了"质量集中-轻质刚杆"的系绳建模方法,完成了控制系统总体方案设计,并进行了仿真验证。仿真结果表明:利用平流层底部特殊风场特性的定点浮空气球,能够实现特定区域上空的定点驻留和机动飞行。

摘要：文章针对现有临近空间浮空器持久区域驻留期间面临的“超热”、“超压”和抗风机动飞行对材料和能源技术的挑战，提出一种充分利用自然界热能和准零风层风场环境的新型临近空间浮空器技术方案。文章分别介绍了新型临近空间浮空器的工作原理、系统组成、功能特点和飞行操控策略；通过浮空器热建模仿真分析和参数总体设计，研究了主气囊热控参数、浮空器白天和夜间“超热”能力，以及浮空器体积规模之间的耦合关系。结果表明，通过主气囊热控参数优化设计，可使浮空器白天“超热”值在100K以上，夜间“超热”值在20K以上，并给出了20～80K“超热”范围内的新型浮空器总体参数设计结果，这些结果满足浮空器高度调节所需浮升能力变化要求。

摘要：为了实现临近空间浮空器区域驻留飞行,基于对热环境的分析,建立了带有副气囊高空气球的空气动力学与热力学耦合动力学模型。基于准零风层特殊风场,设计了临近空间浮空器区域驻留飞行控制策略,通过副气囊调节飞行高度,利用准零风层上下纬向风方向相反的特点实现东西方向控制,用螺旋桨控制实现南北方向控制,并利用ECMWF风场数据进行了数值仿真。仿真结果表明,临近空间浮空器可以在纬度41°(N)~43°(N),经度86.5°(E)~87.1°(E)之间的区域范围内飞行7天,证明了利用准零风层风场实现临近空间浮空器区域驻留飞行的可行性。

摘要：为实现临近空间浮空器的持久区域驻留和机动飞行,文章所研究的一种利用自然能飞行的临近空间浮空器利用自然界的热能和风能,通过简易可行的技术手段实现飞行高度和轨迹的控制,有望解决临近空间浮空器面临的能源问题和热问题。文章介绍了该新型浮空器的系统组成和主要特点,分析了该新型浮空器在设计最大运行高度处的浮重平衡,进行了系统设计参数的分析。该新型浮空器由超热空气和氦气提供浮力,计算结果表明氦气囊所占比例越大,所需的浮空器半径越小,且随着设计最大运行高度的升高及超热值的减小,所需的浮空器半径增大。

摘要：针对平流层浮空器驻空过程中出现的能源需求问题,提出了一种基于风力发电的高空浮空平台,根据驻空时的浮重平衡、推阻平衡为基础,设计了系统的高度联合调节机制,建立了系统在高度变化过程中的能源平衡模型。在此基础上,根据特定区域的风场数据,计算驻空过程中系统整体的能量产生及能量消耗,对系统的能源平衡性能进行分析计算。研究结果表明,在两个特定点的实际风场中,系统均能在驻空的同时,满足自身的能源需求,保证系统的能源平衡。