新能源飞行器技术进展和发展综述

新能源飞行器技术进展和发展综述

轻小型太阳能/氢能无人机发展综述

摘要: 轻小型无人机(UAV)在军民领域都有着广泛的用途,电动无人机由于其振动低、无污染、无排放等优势,已经成为无人机领域的发展热点。为了提高轻小型电动无人机的航时,清洁、高能量密度的太阳能和氢能成为非常可行的技术途径之一。本文总结了轻小型太阳能、氢能无人机的发展历程;梳理了相关的关键技术,并对太阳能、氢能无人机的总体设计方法和能源动力系统的发展进行了较为深入的探讨;最后,展望了该类无人机的发展趋势,并对所面临的挑战进行了预测。

超长航时太阳能无人机关键技术综述

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。

大跨时空任务背景下的太阳能无人机任务规划技术研究进展

摘要: 通过任务规划技术合理的优化太阳能无人机的飞行轨迹和动力学参数,能够有效提高太阳能无人机的能量利用率,使其胜任许多大范围跨时间跨空间飞行任务。从能量建模、续航评估和能量管理策略3个方面对大跨时空任务背景下太阳能无人机任务规划技术的研究进展进行了综述。在能量建模方面,介绍了当前主流的太阳辐射模型和能量生产基本框架;在续航评估方面,分析了目前的指标设计和应用方法;在能量管理策略方面,从能量综合应用、风力滑翔机制、轨迹优化方法和面向特定任务的应用4个角度,梳理了当前的研究现状。最后,对该领域未来可能的研究方向进行了展望。

太阳能无人机能源系统的关键技术与发展趋势

摘要: 作为探索临近空间领域的新兴飞行器,太阳能无人机(SUAV)在性能、技术及任务航时均呈现出不同于传统飞行器的新特点。其中,太阳能无人机能源系统的比能量、比功率是影响飞机整体性能的核心因素。因此,本文首先对太阳能无人机的太阳电池、储能电池的发展现状进行了阐述,然后针对能量获取多元化、能源系统管理高效化、能源载荷一体化方向对太阳能无人机能源系统的未来发展趋势进行了展望。

考虑局部遮挡的太阳能无人机能源控制

摘要: 针对太阳能无人机在飞行状态下可能出现的太阳能电池局部遮挡情况,开展相应的太阳能电池最大功率点追踪算法和能源控制研究。通过将发光亮度引入相对吸引力计算过程对萤火虫算法进行改进,实现了局部阴影情况下太阳能电池最大功率点的高效追踪。以此为基础,设计了考虑局部遮挡情况下太阳能无人机的太阳能电池/蓄电池混合能源状态机控制规则。以”蒲公英I”无人机为例,建立了太阳能电池阵列模型,开展了考虑局部遮挡情况下太阳能电池最大功率点追踪仿真实验;基于”蒲公英I”飞行剖面,开展了考虑局部遮挡情况的混合能源控制仿真试验。研究结果表明:改进的萤火虫算法可以实现在局部阴影情况下太阳能电池最大功率点的有效跟踪,与萤火虫算法相比收敛时间更短、且功率波动幅度更小;采用改进萤火虫算法和状态机能源管理策略,在考虑局部遮挡的飞行状态下可以实现太阳能电池/蓄电池之间的合理功率分配与控制。

太阳能飞机循环飞行的高度剖面能量策略

摘要: 为满足设定的太阳能飞机多日连续飞行条件,依据飞行过程中当前时刻的飞行高度、光伏输出功率、动力电池组余量等系统状态参数,研究如何分配动力电池组充放电和电推进系统输入等功率。所用策略立足于实时功率平衡,充分利用正午前后的光伏峰值功率用于飞机爬升及充电,在午后下滑过程中利用全部光伏输出,以最大化利用光伏资源;在光伏有效输出不足时则以一定的维持功率下滑,使能量的综合损失最小。方法能够提高以预定夜间飞行高度连续多日续航的成功率,提升飞行高度、纬度、季节范围或搭载能力,或者拓展这几种飞行条件的组合域,优化太阳能飞机的适用性。

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