摘要：地面保压试验是综合评估囊体材料性能的重要手段,其设计指标将影响平流层浮空器总体驻空高度与时间的变化范围。以球形超压平流层浮空器为例,建立了驻空高度运动学模型、热力学模型及基于微孔损伤的氦气渗透模型,综合考虑驻空过程中力、热耦合引起的浮空器内部氦气压力、温度和质量等的实时变化,以囊体材料微孔当量直径为桥梁建立了平流层浮空器地面保压指标与驻空高度、驻空时间的耦合关系,通过定量分析不同保压指标下浮空器驻空性能的变化情况,提取影响规律,为保压指标的合理设计提供总体参考。

摘要：浮空器悬停或飞行控制设计时,通常将风作为干扰项或阻力,螺旋桨需要消耗大量的能源克服风的阻力,而浮空器携带的能源有限,因此浮空器设计时存在欠能源问题。根据平流层风场的特点,采用副气囊控制浮空器的高度,实现平流层不同高度的风场利用,可以减小浮空器的能源消耗。建立浮空器高度控制模型,采用反步法设计浮空器高度控制器,利用状态观测器对浮空器的模型误差和输入误差进行估计,并进行了仿真分析,证明所设计的控制器能有效控制浮空器的高度。建立浮空器高度控制时其囊体内外压差变化模型,仿真分析表明,浮空器高度变化后,其囊体最终内外压差与初始压差相同。

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：针对平流层浮空器捷联惯导系统空中重新对准的需求,设计了基于单天线GPS辅助的惯性凝固解析式粗对准方法。考虑浮空器平动的同时绕天向存在角运动的情况,采用惯性凝固假设,在GPS速度信息辅助下获取系统在对准时刻的姿态角,并对影响对准精度的因素进行了理论分析。仿真结果表明,在浮空器角运动速率处于-5°/s^5°/s范围内,GPS速度测量误差不大于0.15 m/s的条件下,该方法得到的水平失准角小于8',可有效实现平流层浮空器惯导系统的空中粗对准。

摘要：平流层浮空器是开展临近空间应用的重要平台,其在不确定风场中的路径规划是开展应用的关键。研究对象是具有一定水平驱动能力的平流层浮空器,针对其低动态、大尺寸及易受风场影响等特点,基于马尔可夫决策过程(MDP)提出一种浮空器在不确定风场作用下的二维全局路径规划方法,寻找由当前位置快速部署到目标区域所需时间最短的最优路径。由于风场中可能存在误差,将风场不确定性引入MDP模型中,设计相关模型参数,建立确定风场和不确定风场2种环境模型。通过仿真,分析具有不同驱动能力的浮空器在2种风场模型下的区域可达性、最优路径和最优动作序列的选择,结果表明:最优路径和最优动作会根据起始点/目标点位置、浮空器水平驱动能力及风场模型的不同发生比较大的变化;浮空器的水平驱动能力越强,区域可达性越高,2种风场模型对浮空器的二维全局路径规划影响的差异也随之减弱。

摘要：基于风场利用的智能平流层浮空器具有驻空时间长、系统构成简单、部署速度快、使用效费比高、自主能力强等优点,是临近空间飞行器发展的重要方向。针对典型基于风场利用的平流层浮空器Loon项目,通过对项目实施及实践探索的综述,深入分析其囊体材料与结构、高度调控、能源与推进、安控回收、风场建模、自主控制等关键技术特点,基于学科建模对总体参数、超热超压、气体泄漏、能源平衡、轨迹规划等方面进行仿真研究,总结了Loon智能平流层浮空器的技术特点,为基于风场利用的平流层浮空器设计与应用研究提供参考。

摘要：基于两节点热力学模型,研究多层节点模型的平流层浮空器热特性分析方法.对美国国家航空航天局的超长航时气球的仿真结果表明:多层节点模型可给出囊体不同部位的温度分布及氦气温度随时间的变化规律;高空气球囊体顶部和底部的昼夜温差明显小于平流层飞艇内氦气的昼夜温差;高纬度飞行时的氦气温差更小,降低驻空高度可降低氦气温度.研究结果对平流层浮空器热控设计具有重要的参考价值.

摘要：为实现平流层浮空器绕极地飞行,结合极地地区的环境特征,建立了极地风场模型与太阳辐照模型、平流层浮空器动力学模型以及太阳电池与蓄电池相结合的循环能源模型。利用极地地区特有的极涡风场,设计了平流层浮空器轨迹控制策略,以纬向风作为动力在东西方向上飞行,考虑风场紊流影响,通过螺旋桨对浮空器在南北方向上的偏移施加控制。仿真结果表明,在推进功率等约束条件下,采用PID控制方法的浮空器在受到干扰产生偏移时仍然能够回到预定的轨迹,证明了利用极涡风场和控制策略实现平流层浮空器绕极地飞行的可行性。

摘要：为了研制出适合平流层浮空器上使用的能源系统,我们对柔性光伏组件与能源控制进行优化,使其具有质量轻效率高的特性,并且对光伏组件进行热分析,对能量循环进行仿真。在地面情况下发电、储能、带载运行情况进行了实验验证。实现了平流层浮空器能源系统能源循环过夜。