曹青, 周洲, 昌敏

(西北工业大学 无人机特种技术国家重点实验室, 陕西 西安 710065)

0 引言

在对太阳能飞机的研究中发现,由于受太阳能动力能源系统技术发展水平的限制,太阳能飞机和传统飞机相比飞行速度低、负载能力弱、结构要求高、制造成本高,不具备实用优势。然而,具有不间断飞行能力的太阳能飞机由于省去使用中的起降、补给和地面维护,可以实现全寿命周期物资、人力和时间成本的大幅缩减,甚至实现零成本。因此在侦察监视、数据中继、区域巡逻等长航时领域，不间断飞行太阳能飞机将具有比传统高空长航时飞机更广阔的发展前景。

无限航时飞行是人类的一个梦想。1983年,文献[1]根据能量平衡原理设计的太阳能飞机可以实现不间断飞行;1992年，Bailey等[2]在此基础上系统地分析了与太阳能飞机相关的各项关键技术;在之后的十多年中,虽然有Helios系列的尝试,但其设计方法往往秘而不宣;2007年，Noth根据能量平衡原理,建立了一套不间断飞行太阳能飞机参数化设计方法[3],并在Skysailor的全周期飞行中得到验证,因其理论基础坚实和太阳能特色充分而得到研究者广泛认可。在国内,由西北工业大学的昌敏等率先展开太阳能飞机设计方法的研究,综合飞行原理对分系统技术指标进行了敏度分析[4]。

本文将着力于展示由能量链到布局参数的设计过程,建立不间断飞行太阳能飞机在总体参数设计上的一般方法,以及在能量平衡中耦合气动估算模型的方法,以匹配出更合适的参数,还将对比以前的做法以体现新方法的优势。……