太阳能/氢能无人机总体设计与能源管理策略研究 被引量：40

1

作者 刘莉 杜孟尧 +3 位作者 张晓辉 张超 徐广通 王正平 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第1期144-162,共19页

针对小型低空长航时电动无人机需求,给出了太阳能/氢能混合能源动力系统集成方案和小型低空长航时无人机构型。针对典型任务剖面,综合考虑太阳能电池和氢燃料电池特性,提出了一种考虑全机重量能量耦合关系的总体设计方法和任务剖面驱动... 针对小型低空长航时电动无人机需求,给出了太阳能/氢能混合能源动力系统集成方案和小型低空长航时无人机构型。针对典型任务剖面,综合考虑太阳能电池和氢燃料电池特性,提出了一种考虑全机重量能量耦合关系的总体设计方法和任务剖面驱动的能源管理策略;建立了能源系统模型,给出了能源控制流程,开发了能源管理仿真平台。以1.5kg任务载荷为例,完成了无人机总体方案设计,仿真分析了各种能源特性对飞行结果的影响。结果表明:能源管理策略能够根据任务剖面的要求合理配置能源系统的功率,满足各阶段的功率需求;无人机在冬至日航时为21h、夏至日可实现跨昼夜飞行;在能源系统重量相同情况下,该混合能源无人机的航时分别是纯锂电池无人机和燃料电池无人机的5.5倍和1.2倍。 展开更多

关键词 太阳能 氢能 长航时 电动无人机 总体设计 能源管理

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一种耦合CFD修正的螺旋桨快速设计方法 被引量：10

2

作者 郭佳豪 周洲 范中允 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期67-76,共10页

基于叶素动量理论及涡流理论的螺旋桨快速设计方法,由于设计采用的叶素气动力与真实情况存在差异,设计的螺旋桨存在拉力偏差,且不能保证较高的效率。为解决此问题,采用螺旋桨数值模拟的结果对设计进行修正。假设桨叶叶素最大升阻比对应... 基于叶素动量理论及涡流理论的螺旋桨快速设计方法,由于设计采用的叶素气动力与真实情况存在差异,设计的螺旋桨存在拉力偏差,且不能保证较高的效率。为解决此问题,采用螺旋桨数值模拟的结果对设计进行修正。假设桨叶叶素最大升阻比对应的气动力沿径向相同,可通过数值模拟结果反解该气动力,再根据所得气动力进行螺旋桨的重新设计,建立耦合CFD修正的螺旋桨快速设计方法。结果表明,对于太阳能无人机小型螺旋桨的设计,本文设计方法一方面能够较好地满足拉力要求,另一方面相比于传统设计方法螺旋桨效率可提高2.75%。在采用代理优化的方法对螺旋桨翼型进行优化后,相比于传统设计方法螺旋桨效率进一步提高了3.95%。且该方法只需进行少量的CFD计算即可,相比于直接采用数值模拟优化螺旋桨的弦长及扭转角分布,设计周期更短。 展开更多

关键词 太阳能无人机 螺旋桨 叶素动量理论 多重参考系法 代理模型 优化设计 高效率

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适用于太阳能飞行器的单晶硅太阳电池 被引量：7

3

作者 潘振 呼文韬 +2 位作者 王寅 郭林 付增英 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2016年第8期1722-1725,共4页

综述了适用于太阳能飞行器的单晶硅太阳电池的国内外研究进展,主要介绍包括IBC、HIT、HBC、PERC等高效太阳电池的器件结构、研制工艺、性能特点以及在太阳能飞行器能源领域的应用。结合可能存在的临近空间环境特点,从转换效率、环境适... 综述了适用于太阳能飞行器的单晶硅太阳电池的国内外研究进展,主要介绍包括IBC、HIT、HBC、PERC等高效太阳电池的器件结构、研制工艺、性能特点以及在太阳能飞行器能源领域的应用。结合可能存在的临近空间环境特点,从转换效率、环境适应性和可靠性等方面对这几种太阳电池进行了比较分析。 展开更多

关键词 单晶硅 太阳电池 太阳能 无人机 太阳能飞行器

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正X机身四旋翼太阳能无人机结构设计

4

作者 刘宇凡 关鹏 +2 位作者 马骏 范文艳 徐博铭 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期295-303,共9页

设计了一款正X机身的四旋翼复合材料太阳能无人机。基于流固耦合方法分别分析该型无人机各组件的气动特性、强度特性和失稳特性,并结合3D-DIC方法开展碳纤维杆件结构静力学试验。结果表明:搭载光伏组件可有效提升四旋翼无人机的稳定悬... 设计了一款正X机身的四旋翼复合材料太阳能无人机。基于流固耦合方法分别分析该型无人机各组件的气动特性、强度特性和失稳特性,并结合3D-DIC方法开展碳纤维杆件结构静力学试验。结果表明:搭载光伏组件可有效提升四旋翼无人机的稳定悬停时间;在额定工况下,机身所受载荷不会随着飞行角度发生较大变化;在垂直飞行时,其载荷集中在中心区域;通过屈曲分析得到无人机的最大爬升速度为4 m/s,此时,泡沫板、主梁和太阳电池均满足强度要求;仿真结果与静力学试验结果的相对误差为15%,可满足工程设计的要求。 展开更多

关键词 太阳能 无人机 碳纤维 流固耦合 结构强度 非接触测量

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先进复合材料在长航时太阳能无人机上的应用

5

作者 李萍 马全胜 马兆庆 《化工新型材料》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期428-431,共4页

长航时太阳能无人机以太阳辐射为能源,基于电力推进系统进行驱动,可全天持续供电,解决了常规无人机储能能力有限的问题,其具有飞行高度高、续航时间长和无环境污染等特点,广泛应用于军事和民用领域。针对长航时太阳能无人机大翼展、大... 长航时太阳能无人机以太阳辐射为能源,基于电力推进系统进行驱动,可全天持续供电,解决了常规无人机储能能力有限的问题,其具有飞行高度高、续航时间长和无环境污染等特点,广泛应用于军事和民用领域。针对长航时太阳能无人机大翼展、大展弦比等特征,必须采用具有高强度、高刚度特性的碳纤维复合材料,以满足长航时太阳能无人机对材料的轻质化、高刚度、高性能等要求。综述了长航时太阳能无人机的特点及国内外典型型号发展现状,介绍了先进复合材料在太阳能无人机上的应用情况,并展望了先进复合材料在太阳能无人机上的应用趋势。 展开更多

关键词 临近空间 先进复合材料 太阳能 无人机

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小型太阳能无人机技术特点及关键技术研究 被引量：3

6

作者 郭彬新 马建超 《长沙航空职业技术学院学报》 2013年第4期44-47,共4页

在国内外太阳能无人机的发展现状基础上,总结了小型太阳能无人机技术特点,给出了概念设计阶段主要参数的估算公式。根据某小型太阳能无人机概念设计阶段的参数,分析了太阳能无人机的关键技术,并展望了未来太阳能无人机的发展方向。。

关键词 太阳能 无人机 技术特点 关键技术

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基于最长航时的太阳能无人机操纵策略研究 被引量：1

7

作者 王春阳 周洲 王睿 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期75-83,共9页

针对不同操纵方式下太阳能无人机的能量获取与消耗问题,建立一种结合太阳能无人机飞行姿态与太阳辐射的能量获取模型和能量消耗模型。首先运用晴空模型作为飞行环境中的太阳辐射估算模型;其次通过无人机姿态、太阳方位和地球之间的关系... 针对不同操纵方式下太阳能无人机的能量获取与消耗问题,建立一种结合太阳能无人机飞行姿态与太阳辐射的能量获取模型和能量消耗模型。首先运用晴空模型作为飞行环境中的太阳辐射估算模型;其次通过无人机姿态、太阳方位和地球之间的关系推导了太阳能无人机的能量获取模型,并利用实验室数据建立太阳能无人机不同状态的飞行能量消耗模型;最终通过仿真得出不同操纵方式下相同任务路径的飞行航时。仿真实验结果表明,该方案布局太阳能无人机在3000 m高空、50 m半径盘旋时,副翼操纵比差动操纵航时长7.19%,170 m半径盘旋时,2种操纵航时相当,600 m半径盘旋以及直线飞行时动力差动操纵比副翼操纵航时长约1.08%。 展开更多

关键词 太阳辐射 能量获取 能量消耗 动力差动 副翼操纵 飞行航时

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基于GaN的准方波Boost变换器拓扑分析

8

作者 王议锋 王忠杰 +1 位作者 陈博 王浩 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期79-87,共9页

基于实际太阳能无人机的应用背景,对其核心功率变换部分展开深入研究。通过在传统同步整流型Boost变换器基础上增加少量无源元件,利用电感电流的连续性,构造功率开关输出电容放电环节,在保证主功率电感电流纹波较小的情况下实现功率开... 基于实际太阳能无人机的应用背景,对其核心功率变换部分展开深入研究。通过在传统同步整流型Boost变换器基础上增加少量无源元件,利用电感电流的连续性,构造功率开关输出电容放电环节,在保证主功率电感电流纹波较小的情况下实现功率开关的零电压开通,克服传统同步整流型Boost变换器为实现软开关而工作于准方波模式下,电感电流纹波较大的问题,从而有助于延长无人机蓄电池组的使用寿命。从该拓扑的模态分析出发,对功率开关的零电压开通实现过程进行详细分析。此外,对变换器进行参数设计,总结整个变换器的主要损耗计算方法。最后,利用GaN功率开关器件,搭建一台额定功率为500 W的实验样机,并与相同工况下的同步整流型Boost变换器进行对比。实验结果与理论分析基本一致,峰值效率达到96%。验证了理论分析的准确性以及该拓扑的实际可行性。 展开更多

关键词 太阳能 光伏发电 无人机 软开关 转换效率 准方波变换器

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全自动太阳能旋翼无人机充电系统的设计与实现 被引量：1

9

作者 杨寒石 《数码设计》 2019年第11期34-35,共2页

本次研究通过对无人机的续航时间不足的情况进行了分析,得出其原因是无人机系统的供电模块所能输出的电量只能维持短时间的飞行,在电量不足之后便必须进行回收并且通过人工环节进行无人机电池组的更换,并且电池组需要人工去进行充电,从... 本次研究通过对无人机的续航时间不足的情况进行了分析,得出其原因是无人机系统的供电模块所能输出的电量只能维持短时间的飞行,在电量不足之后便必须进行回收并且通过人工环节进行无人机电池组的更换,并且电池组需要人工去进行充电,从而保证无人机能够再次使用。这种现状制约了无人机平台的使用效率,在当今新技术日新月异发展的时代背景下,QI充电系统、太阳能蓄电系统以及AI自动控制系统的发展能够解决这一问题,并且利用太阳能为充电站提供能源,是一种低碳环保的新能源科技,不但为环保工作提供助力,还为无人机未来发展引领了新的趋势。 展开更多

关键词 全自动 太阳能 旋翼无人机 充电系统

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考虑几何非线性效应的大柔性太阳能无人机静气动弹性分析 被引量：12

10

作者 王伟 周洲 +1 位作者 祝小平 王睿 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第4期499-504,共6页

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... 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。 展开更多

关键词 几何非线性 CR理论 柔性结构 横航向稳定性 静气动弹性 太阳能无人机

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几何大变形太阳能无人机非线性气动弹性稳定性研究 被引量：13

11

作者 王伟 周洲 +1 位作者 祝小平 王睿 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第1期1-8,共8页

大柔性太阳能无人机在气动载荷的作用下产生较大的弯曲变形,机翼结构的刚度、质量分布等特性亦发生较大改变,线性理论无法满足这类飞机气动弹性稳定性分析的精度要求。基于Co-rotational(CR)理论,推导了结构变形后的切线刚度矩阵和质量... 大柔性太阳能无人机在气动载荷的作用下产生较大的弯曲变形,机翼结构的刚度、质量分布等特性亦发生较大改变,线性理论无法满足这类飞机气动弹性稳定性分析的精度要求。基于Co-rotational(CR)理论,推导了结构变形后的切线刚度矩阵和质量矩阵,建立了大柔性机翼结构动力学模型;采用建立在局部气流坐标系下的片条非定常气动力模型,建立了考虑几何非线性效应的大柔性无人机气动弹性运动方程。引入准模态假设,采用P-k法研究了几何大变形对类"太阳神"布局太阳能无人机的气动弹性稳定性的影响。研究结果表明:随着弯曲变形的增加,非线性颤振速度可降低10%以上,非线性颤振频率可下降8%;合理的增加扭转刚度、前移弹性轴、前移剖面质心等,均可以有效改善几何大变形引起的不利影响。研究工作对大柔性飞机的气动弹性设计具有一定的参考意义。 展开更多

关键词 几何大变形 CR理论 切线质量矩阵 大柔性机翼 非线性颤振 太阳能无人机

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分布式推进系统对太阳能无人机横航向飞行品质的影响研究 被引量：6

12

作者 肖伟 周洲 +1 位作者 王睿 李满 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第6期868-873,共6页

文章根据太阳能无人机推进系统的特点,建立了电机螺旋桨的数学模型。通过分析系统产生的推力随飞行状态的变化关系,以及推进系统在大展弦比飞翼式太阳能无人机上的分布,采用线性化方法,计算了分布式的推进系统对高空长航时太阳能无人机... 文章根据太阳能无人机推进系统的特点,建立了电机螺旋桨的数学模型。通过分析系统产生的推力随飞行状态的变化关系,以及推进系统在大展弦比飞翼式太阳能无人机上的分布,采用线性化方法,计算了分布式的推进系统对高空长航时太阳能无人机飞行品质的影响。研究了分布式推进系统分布位置、控制方式等与无人机飞行品质之间的关系。从飞行品质要求和推进系统的整体效率出发,对各推进系统的参数进行了选取,最后通过非线性模型对分析结果进行了仿真验证。 展开更多

关键词 太阳能无人机 飞行品质 电机 螺旋桨 参数优化

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基于CR理论的大柔性太阳能无人机非线性配平及飞行载荷分析 被引量：4

13

作者 王伟 周洲 +2 位作者 祝小平 段静波 张驰 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第4期566-572,共7页

大柔性太阳能无人机在气动载荷的作用下产生较大的弹性变形,基于刚性或线弹性假设的结构模型已然不能满足这类飞机配平与飞行载荷分析的精度要求。基于co-rotational(CR)理论建立了大柔性飞机结构模型,并耦合片条气动力模型,提出了一种... 大柔性太阳能无人机在气动载荷的作用下产生较大的弹性变形,基于刚性或线弹性假设的结构模型已然不能满足这类飞机配平与飞行载荷分析的精度要求。基于co-rotational(CR)理论建立了大柔性飞机结构模型,并耦合片条气动力模型,提出了一种可以考虑几何非线性效应的大柔性飞机非线性配平及飞行载荷分析的方法。以类"太阳神"布局太阳能无人机为例,采用该方法对其不同有效载荷下的纵向配平及飞行载荷特性进行了较为深入的研究。研究结果表明:有效载荷较大时,采用线弹性假设的结构模型解得的配平误差可达50%以上,对翼尖位移的预测误差可达25%以上;该方法能够较合理地预测大柔性无人机的配平及飞行载荷特性,满足大柔性太阳能无人机结构设计对飞行载荷分析的工程精度要求。 展开更多

关键词 几何非线性 CR 理论 大柔性飞机 非线性配平 飞行载荷 太阳能无人机

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超柔性太阳能无人机纵向操稳特性研究 被引量：3

14

作者 王睿 祝小平 周洲 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第4期573-579,共7页

针对高空长航时太阳能无人机的超柔性机翼气动弹性变形明显,与飞行动力学响应耦合,常规分析方法会引起较大误差的特点。本文首先采用拉格朗日方程建立了能够反映超柔性特性的结构/飞行耦合动力学模型;然后结合气动弹性引起的结构变形、... 针对高空长航时太阳能无人机的超柔性机翼气动弹性变形明显,与飞行动力学响应耦合,常规分析方法会引起较大误差的特点。本文首先采用拉格朗日方程建立了能够反映超柔性特性的结构/飞行耦合动力学模型;然后结合气动弹性引起的结构变形、全机构型变化和气动导数变化,采用根轨迹法深入分析超柔性太阳能无人机的纵向稳定性;最后研究了气动弹性变形对纵向飞行控制律的影响规律,提出了改进方案并进行了仿真验证。发现超柔性太阳能无人机的纵向特征根随机翼刚度变化很明显,尤其当刚度较小时将会出现短周期和一弯模态耦合、长周期不稳定等不利现象;采用刚性或静气动弹性模型设计得到的控制律增益偏小,同时控制机翼变形和飞行姿态可以得到更平滑的控制效果。 展开更多

关键词 超柔性无人机 气动弹性 耦合 稳定性 机翼变形抑制

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风光互补发电系统在无人机中的应用 被引量：1

15

作者 杨少沛 刘建中 《科技创新与生产力》 2017年第2期89-91,共3页

针对目前无人机因电源电量有限而导致续航能力较低的问题,分别介绍了风力发电系统和太阳能电池的工作原理,阐述了风光互补发电系统的研究方法和电源适配器的设计方案,重点论述了风光互补发电系统在无人机中的应用,实验表明具有风光互补... 针对目前无人机因电源电量有限而导致续航能力较低的问题,分别介绍了风力发电系统和太阳能电池的工作原理,阐述了风光互补发电系统的研究方法和电源适配器的设计方案,重点论述了风光互补发电系统在无人机中的应用,实验表明具有风光互补发电系统的无人机(特别是滑翔机)在续航能力上有一定的提高。 展开更多

关键词 风力发电 太阳能发电 无人机技术 电源控制

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