摘要：通过对太阳能无人机驻空过程中4个典型飞行阶段的特点分析,总结相应的功率变化模型,并通过分析此模型获得所需功率与质量、功率因子、展弦比密切相关的结论,并进一步分析了这三者对太阳能无人机的能源系统及整体设计的影响.通过对功率因子随攻角变化规律的分析研究,获得了满足飞行能量需求的攻角变化范围;考虑能量平衡,对太阳能无人机各子系统质量以及整体质量进行建模,分析翼展和展弦比对质量的影响,同时讨论了储能电池和太阳能电池质量对功率需求的影响.结合上述分析得出结论:随着翼展的增大,太阳能无人机所需功率有所增大;当翼展一定时,随着展弦比的增加,所需功率有所减小.

摘要：结合"太阳神"无人机(UAV)和高山兀鹫提出了太阳能UAV的某仿生全翼式构型,针对该构型开展了气动分层协同设计及分析。在设计和分析过程中,自下而上将设计分为三个层次,基于纵向配平需要以低雷诺数反弯内翼翼型设计为第一设计层次,基于高升力需求以外翼设计为第二设计层次,以UAV全机性能设计为第三设计层次;与此同时,每个层次均采用基于代理模型的基本优化流程,三个层次的设计自上而下来相互协同,最终得到满足指标的设计结果。研究结果表明:分层协同设计提高了设计效率,获得了高效的仿生全翼式太阳能UAV构型;证明了设计方法的可行性和设计结果的有效性。

摘要：为改进无人机辅助起飞装置设计迭代过程,设计了一种基于动力学仿真和无人机起飞稳定性评估的起飞装置方案优化设计方法。首先利用无人机的外形及结构参数,建立辅助起飞装置的Catia模型,对其进行拆解归类,提取质量、惯量信息;其次,通过Ansys CFD软件计算该模型的气动外形参数,由此得到无人机安全起飞的边界条件;而后,在Adams软件中仿真起飞装置对机体的作用力、以及无人机起飞时机体部件之间的碰撞影响,得到在不同工况下的动力学仿真结果,并使用Matlab/Simulink模块实现飞行力学载荷的实时计算;最后,根据所得到的仿真结果对起飞装置进行方案改进。为进一步验证所提出方案优化设计方法的合理性,利用某型太阳能无人机外形结构参数,进行了考虑环境因素下辅助起飞系统在不同工况下的仿真试验。通过仿真试验改进了辅助起飞装置的结构参数,验证了改进辅助起飞装置的合理性。

摘要：为解决太阳能无人机(UAV)总体设计中任务需求表达模糊、技术指标重要度排序决策困难的问题,提出了基于模糊质量功能展开(FQFD)的太阳能无人机总体设计指标排序方法。该方法在传统质量功能展开(QFD)质量屋的基础上,引入三角模糊数,表征任务需求的不确定性和模糊性;在模糊隶属度函数未知的情况下,采用α加权修正水平截集去模糊化方法计算技术指标重要度,获得技术指标重要度排序,为总体设计优化决策提供依据。最后以长航时太阳能无人机的总体设计为例,对任务需求—工程特性—技术指标的两级质量屋模型进行计算分析,得到续航能力、巡航高度、动力系统效率、巡航速度和气动效率是太阳能无人机最重要的5个技术指标的结果。此方法客观性较强,可处理复杂的系统不确定性,为太阳能无人机总体方案设计及决策应用提供参考依据。

摘要：临近空间太阳能无人机是介于航空器与航天器之间的特殊飞行器。受太阳能电池的光电转换效率和储能电池能量密度的约束,提升临近空间太阳能无人机气动效率和螺旋桨推进效率是保证该类型无人机平台任务执行能力、具备永久飞行能力的重要技术途径。然而低雷诺数效应给全机增升减阻技术攻关和节能降耗的设计目标带来了严重困难和挑战。针对这一问题,本文从翼型设计、气动布局设计、螺旋桨/机翼气动耦合设计、流动控制技术、螺旋桨增效设计5个方面调研了临近空间太阳能无人机增升减阻技术的研究现状,梳理了现有增升减阻措施的技术路线,分析了不同增升减阻方法的优势与不足,最后针对临近空间太阳能无人机增升减阻技术的发展趋势给出了建议。

摘要：超长航时太阳能无人机(UAV)以其高效节能、原理上可实现无限巡航的特点受到广泛关注,而其独特的设计指标与任务特性也对各项关键技术提出了较高要求。多设计要素的高度耦合意味着不同于常规飞行器的总体设计方法,低密度、低速度的飞行条件使其具有明显的低雷诺数气动特性,柔性超大展弦比机翼带来了复杂的气动弹性问题,低翼载荷特性与较大的风场扰动增加了控制难度,极端的飞行环境与苛刻的任务指标对能源、动力系统带来了新挑战,飞行性能对能源系统的高度依赖开辟了飞行轨迹优化的研究方向。本文梳理了超长航时太阳能无人机关键技术的研究现状,在此基础上对各项技术中的难点问题进行了阐释,并对超长航时太阳能无人机未来发展趋势进行了展望。

摘要：以高空太阳能无人机(UAV)为背景,针对某仿生全翼式太阳能无人机开展了气动数值模拟研究。首先,应用基于改进层流动能模型的雷诺平均Navier-Stokes方程数值模拟方法,对典型低雷诺数机翼进行了数值验证;其次,回顾了某仿生全翼式太阳能无人机的基本设计特征;接着,采用数值模拟方法对该无人机进行了基本气动性能的计算分析;最后,对无人机的横航向性能和方向舵舵效进行了检验性的数值模拟。研究表明:该无人机各部件相互之间流动干扰较小,具有层流分离、转捩和湍流再附等低雷诺数流动特征;其基本气动性能较高(巡航升阻比大于34,纵向静稳定度约为8%),具有静稳定的横航向性能和较好的方向舵舵效;其仿生全翼式构型是一种较有前景的太阳能无人机布局形式。

摘要：满足高空长航时无人机长达数月续航要求的关键之一是解决其飞行动力源问题,许多国家把太阳能无人机列为重要的研究方向。我国大部分地区,都处在太阳辐射资源的丰富带和较丰富带,从而为太阳能无人机的应用提供了很好的条件和优势,但要真正实现太阳能无人机的使用,还需解决很多关键技术,包括独特的飞行器设计和太阳能动力系统设计等。

摘要：大柔性太阳能无人机在气动力的作用下产生较大的弯曲变形,引起气动载荷的重新分布及作用方向的改变,线性理论难以获得足够的精度。基于共旋转有限元理论,推导了几何非线性空间梁单元的切线刚度矩阵和内力求解格式,几何精确的描述了无人机机翼结构的几何非线性弹性变形;编写了空间共旋坐标有限元求解代码,利用计算流体力学软件FLUENT计算气动力,构造了流固耦合求解器;研究了类"太阳神"布局太阳能无人机几何大变形下的静气动弹性响应问题。研究结果表明:无人机受载变形后导致升阻比降低,翼尖弯曲变形为展长的13%时,升阻比降低4.2%,滚转力矩导数增加了300%,偏航力矩导数增加了350%;几何非线性效应改善了气动载荷在展向的分布,有利于机翼结构设计。研究工作对大柔性太阳能无人机的设计具有一定的参考意义。

摘要：高空长航时太阳能无人机具有飞行雷诺数低、结构柔性大等设计特点,在气动力设计时,一般采用单设计点的设计思想,即在预定设计状态下具有较为优异的气动特性,但稍微偏离该设计点时,将显著地削弱其气动力特性,为其高效气动力设计带来诸多新挑战。本文首先简要回顾了太阳能飞机的发展历程,并分析了该类飞机的设计特点;随后,重点介绍了该类飞机的高效低雷诺数气动力设计面临的挑战及机翼气动弹性效应对全机气动力特性的影响;最后,分析展望了缩比自由飞验证技术在该类飞机高效气动力设计中的应用。