平流层飞艇技术 ppt课件
平流层飞艇飞行温度限和飞行速度限分析
（） ３
一
其 中
、 ｉ
和
分 别为 飞艇排 开空 气 的质
在应 急状态下 可能会 采用 辅助 能 源 ， 总体 上看 ， 飞艇
量、 飞艇 内空 气 的质量 、 飞艇 内氦气 的质 量 以及 飞艇
平 台可提供的 电功率 限制了其能够 飞行 的最大速度 ， 考虑 到推进效率 叼 、 动效率 叼 、 传 电机效 率
ｄｉｃ ｓ ｄ． ｓ ｕｓ ｅ Ｋ ｅ ｏ ｄｓ： Ｓ ｒ ｔ ｓ ｈｅ ｉ ｉ ｓ ｉ ｙｗ ｒ ｔａ ｏ ｐ ｒｃ ａ ｒ ｈ ｐ；Ｆｌｇ ｔ ｐ ｒｏ ｍ ａ ｃ ｉ ｈ ｅ ｆ ｒ ｎ ｅ； Ｆ ｉ ｈｔｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｉ ｔ ｌｇ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ ｌｍｉｓ；Ｆｌｇ ｔ ｖ ｌ ｃ ｔ ｉ ｔ ｉ ｈ ｅ ｏ ｉｙ ｌｍｉｓ
荡 运 动 ， 胁 飞 行 安 全 。 因 此 ， 流 层 飞 艇 的 极 限 飞 威 平 行 性 能 不 仅 需 考 虑 由 推 进 性 能 、 构 强 度 等 因 素 所 结
收稿 日期 ： ０ ０ ０ －２； 修 回 日期 ：０ １０ － ６ ２ １ －７ １ ２ １ －１ ０
ｌ ４０ ２
制 和慢 速机 动 。它 可携 带 达 数 吨重 的有 效 载 荷 ， 用 来 执 行 对 地 观 测 、 信 中 继 、 域 预 警 等 任 务 ， 常 通 区 非
将 会经 历 大气 环境 参数 的大 幅变 化 ， 如 ， 例 大气 压力 随高度 增加 呈指 数 下 降 ， 上 升 过 程 中将 从 地 面上 在 约 １ 标准 大气 压 降 低 到 ２ ｋ 处 的 ５ ０ Ｐ 个 ０ｉ ｎ ５ ０ ａ左 右 ，
０ 引 言
体 的热 力学 和传 热 过程 对飞 艇 的运动 轨迹 有着 十分
关于平流层飞艇囊体材料的发展现状
关于平流层飞艇囊体材料的发展现状1. 引言1.1 背景介绍平流层飞艇是一种利用氦气或氢气充填的轻型飞行器，能够在平流层高空飞行，具有较高的飞行高度和长时间的航行能力。
平流层飞艇被广泛应用于科学研究、通讯传输、航空探测等领域，具有广阔的应用前景和市场需求。
囊体作为平流层飞艇的重要组成部分，主要承担气体充填和气密性保持的功能。
囊体材料的选择直接影响着平流层飞艇的性能和稳定性。
囊体材料的研究和发展具有重要意义。
随着科学技术的不断进步和应用领域的不断拓展，平流层飞艇的需求量不断增加，对囊体材料的要求也越来越高。
加强对平流层飞艇囊体材料的研究和开发，探索新型材料的应用成为当前重要的科研课题。
1.2 研究目的研究目的是明确平流层飞艇囊体材料的发展现状，分析当前主流使用的材料特点及其研发趋势，探讨影响这些材料发展的因素，同时关注新型材料的研究进展。
通过系统地总结和分析现有的研究成果，旨在为未来平流层飞艇囊体材料的研究和发展提供参考和指导，为促进平流层飞艇技术的发展和应用提供科学依据。
通过本研究，我们希望能够深入了解平流层飞艇囊体材料的特点和优势，为未来材料的选择和设计提供理论基础，为平流层飞艇技术的发展做出贡献。
1.3 研究意义平流层飞艇是一种具有巨大潜力的高空运载工具，能够在平流层内进行长时间的飞行任务。
而平流层飞艇囊体材料的发展对于提升飞艇的稳定性、安全性和性能至关重要。
当前，随着航空航天技术的不断进步，平流层飞艇的应用领域也在不断扩大，对囊体材料提出了更高的要求。
研究平流层飞艇囊体材料的意义在于，能够为飞行器的设计和制造提供更加稳定、坚固、轻量化的材料选择。
通过研究囊体材料的性能和特点，可以提高平流层飞艇的飞行效率和安全性，为人类进一步探索空间提供可靠的技术支持。
研究囊体材料还可以促进航空工业的发展，推动新材料的应用和创新，为航空航天领域的可持续发展做出贡献。
对平流层飞艇囊体材料的研究具有重要的意义，可以推动飞行器的性能提升，促进航空航天技术的进步，为人类未来的航空航天活动打下坚实的基础。
平流层通信
平台覆盖区及其应用
• 平台通信业务的覆盖区域决定于覆盖区边缘 至平台的仰角，仰角越小，覆盖区越大，但 覆盖区内不同地点的用户至平台之间的距离 差别也越大。ＳＳＩ公司把平台视线所及的 整个覆盖区分为市区、近郊区和远郊区，各 区边缘至平台的仰角分别为θ＝３０°、１０ °和０°，各区半径分别为０、１２５和５ ４０ｋｍ，每个覆盖区又分为７００个蜂窝 小区，三个覆盖区共有２ １００个小区，按 ７个小区可重复使用同一个频率计算，频段 再用率为３００。在ＩＴＵ所指定的４７～ ４８ＧＨｚ频段中其可使用的频带为３００ ＭＨｚ，按每赫兹１比特的调制效率计算， 可提供１５０万个６４ｋｂｉｔ／ｓ的实时 信道。假定每个用户平均每天通话２．４小 时，则一个平台可有６００万个６４ｋｂｉ ｔ／ｓ的数字电话用户，或１５０万个码率 为２５６ｋｂｉｔ／ｓ的宽带用户，或１ ８．７５万个码率为２Ｍｂｉｔ／ｓ的Ｅ１ 用户。
平流层通信系统及其特点
• （１）和卫星通信相比，平台与地面的距离 分别是同步卫星、中轨卫星和低轨卫星的１ ／１８００、１／４００和１／４０，自由 空间衰减分别减少６５ｄＢ、５２ｄＢ、３ ２ｄＢ，延迟时间只有０．５ｍｓ，有利于 通信终端的小型化、宽带化和双工数据流的 对称传输和互操作，实现对称双工的无线接 入。 • （２）与地面平台相比，高度为２０ｋ ｍ的平流层平台的作用距离远、覆盖地区大。 作为一个高空接力站时作用距离约为１ ００ ０ｋｍ，比地面接力站约大１０倍，信道衰 落（按Ｒｉｃｅａｎ衰减特性）为２０ｄＢ ／１０倍程，而地面系统（按Ｒａｙｌｅｉ ｇｈ衰减特性）的衰减为５０ｄＢ／１０倍 程。发射功率可显著减少。作为探测平台时， 比一般高度为１万米的飞机的探测距离远７ ０％。
• 美ＳＳＩ、日本、ＥＳＡ和韩国等国 各平流层平台的主要参数。这几种系 统的信息有效载荷重量都是１吨，功 耗１０ｋＷ，但平台容积和总重量差 别较大。ＳＳＩ的容积和重量分别是 １７０ ０００ｍ３和１０．４吨；日 本的是４．８×１０５ｍ３和３ ２．４吨；ＥＳＡ的各项参数与日本 较为接近；韩国设计的平台和重量都 很小。这些平台虽然大都通过了可行 性论证，但仍属“纸上谈兵”，目前 还没有做成１∶１的样机，近两三年 内主要工作是做小尺寸平台试验和主 要部件与关键技术研究工作。现在来 讨论哪一种设计比较合理为时尚早， 但可以肯定：能量供应系统是一个决 定性的因素。ＳＳＩ公司最初设计的 平台采用效率高的离子推进器来平衡 平流层风力，以保持平台的位置稳定。
浅谈平流层飞艇发展现状
浅谈平流层飞艇发展现状综述了国内外平流层飞艇研制的进展与现状，重点描述了平流层飞艇技术难点的情况。
标签：平流层飞艇;总体设计;发展0 引言平流层是指海拔高度为10～55km的大气空间，处于对流层与中间层之间，气流相对平稳，垂直对流小，是部署空中平台执行监视预警、通讯中继、导航定位以及环境监测等任务的比较理想的环境。
平流层飞艇能完成太阳能飞机所无法完成的定点飞行和长时间迎风驻留等飞行任务。
正因为平流层飞艇具有可定点飞行、留空时间长、探测范围广、载荷能力强和费效比高等优点，多个国家正在开展对平流层飞艇的研究与验证。
1 国内外现状1.1国外发展现状自21世纪初，美国、日本以及欧洲等主要发达国家和区域均提出了平流层飞艇计划。
美国为了弥补战时信息保障过度依赖天基平台的弱点，同时大幅度提升持久区域信息作战能力，近年来投入巨资支持了多项平流层飞艇研发项目，包括洛克希德马丁公司的高空飞艇项目、探测器与结构一体化飞艇项目和西南研究院的高空哨兵飞艇项目等。
日本在2000年就提出了长远的、分阶段实施的平流层飞艇开发计划。
日本宇宙航空研究开发机构组织实施并开展了无动力验证飞行和多次低空技术验证试飞，积累了大量技术经验，但尚未有开展飞行样机整体集成和高空试飞演示的报道。
2005年3月，欧盟集中欧洲各国的相关研究机构和公司，启动了“面向特殊航空航天应用的高空飞机和高空飞艇研究项目”。
1.2国内发展现状中国对平流层飞艇的研究，始于“十五”期间，多个高校和研究所参与了方案论证、关键技术攻关等基础性研究。
2009-2012年，北京航空航天大学先后4次完成20km以上平流层高度飞行验证，取得了初步成果。
2015年8月，航天科工一院与六院、〇六八基地联合开展直径30m囊体的飞行试验，飞行高度超过20km。
2015年9月，上海交通大学开展了新型囊体结构的高空飞行试验，试验飞行时间2h，飞行高度19.3km，验证了非常规形态升空、回收方式的可实现性。
平流层飞艇的建模与辨识
２ ００７
第 １ 卷 第 １ ８ 期
Ｖｏ ． ８ Ｎｏ １ １１ ．
平流 层 飞 艇 的建模 与 辨 识
王 勇 军 ， 屈 卫 东
（ 海交 通 大 学 自动 化 系 ， 海 ２ ０ ４ ） 上 上 ０ ２ ０
摘
要 ：首 先 ， 用 力 学 原 理 ， 立 了平 流 层 飞 艇 动 力 学 模 型 和 运 动 学 模 利 建
验证 了建 模和 辨 识方 法的精 确性 ； 最后 ， 利用 实 际试 飞 数据进 行 飞艇模 型 的辨 识提 对
出 了建 议 。
关 键 词 ：平流 层飞 艇 ； 动力 学建模 ； 参数 辨识
中 图分 类号 ： ２ １ ７ ； ２ ９ １ Ｖ １ ． ８ Ｖ ４ ． ２ 文献 标识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ７ — １ ７ ２ ０ ） １０ ９ —５ ６ ３０ ２ （０ ７ ０ —０ ９０
维普资讯
２ ０７ 芷 ０
２月
装 备 指 挥 技 术 学 院 学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆｔ ｅＡｃ ｄ ｍｙｏ ｑ ｉｍ ｅ ｔＣｏ ｏ ｒ ａ ｈ ａ ｅ ｆＥ ｕｐ ｎ ｍｍａ ｄ ＆ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ｎ ｃ ｎ ｌｇ
Ｆｅ ｒ ａ ｙ ｂｕｒ
Ａｂ ｔａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｆｉｓ ｌ ｒ ｔｙ，ｔ ｉ ｍ ａ ｉ ｓ ｍｏ ｌａ ｄ ｄｙ ａ ｉｓ ｍｏ ｌｏ ｈｅ ｓ ｒ ｔ ｓ ｈｅ ｋ ｎｅ ｔｃ ｄｅ ｎ ｎ ｍ ｃ ｄｅ ｆｔ ｔ ａ ｏ ｐｈｅ ｉ ｉｓ ｉ ｒ ｉｔ ｒｃ ａ ｒ ｈ ｐ ａ ｅ ｂｕ ｌ ｕ ｉｉｉ ｃ ｎ ｃ ｌｔ ｅ ｒ ｔｌｚｎｇ ｍｅ ｈａ ｉ ａ ｈ ｏ ｙ，ａ ｌ ａ ｒ ｐ ｌｅ ＇ ｏ ｅ ，ｒ ｄｄ ｒ ｏ ｅ ｎ ｅ ｏｄ ａ ｃ ｆ ｒ ｅ ｍｏ １ ｓ ｗｅ ｌ ｓｐ ｏ ｅ ｌ ｒ ｍ ｄ ｌ ｕ ｅ ＇ ｍ ｄ ｌａ ｄ ａ ｒ ｙｎ ｍｉ ｏ ｃ ｄｅ． ｓ ｓ
平流层飞艇无线通信系统
平流层飞艇无线通信系统【摘要】：飞艇通信是近几年来出现的一种通信方式，它利用一个漂浮于地球上空20～50公里的飞艇装载的通信平台,实现信息的传输或转发。
由于该通信系统具有适中的覆盖面积、低廉的成本、安全可靠等一系列独特的优点，已经引起了许多国家的注意和重视，应用前景十分诱人。
本文简单概述了飞艇的工作环境和应用前景，较详细地描述了该系统的各组成部分、性能特性及要解决的关键问题。
【关键词】：飞艇通信系统关键技术1、引言平流层是大气层中最平静的一段，不受天气影响，也几乎从不潮湿由于平流层有着稳定的气象条件和良好的电磁特性，数十年来人们一直在尝试利用平流层平台长期驻空进行观测和通信。
进入21世纪，随着相关技术的飞速发展，在世界上掀起了研究和开发平流层平台热潮。
平流层平台的定点位置一般设定在距地面20 km附近的平流层底部，因为那里的全年平均风速较弱。
根据所携带的不同有效载荷，平流层平台可以作为通信平台或观测基地从通信领域的角度来看，平流层平台具有传输距离短、传输时延小、发射功率小以及能量损耗少的优点，因而平台和信号传输系统都可以设计得更加简单。
并且一个平流层平台在20km定点高时它的地面有效覆盖面积达到19000km²，完全可以实现小型通信终端为广大区域提供高速通信服务的目标。
而在地球观测领域，平流层平台由于距离地面较近，能够提供比卫星观测更高的分辨率和精度。
它不仅能进行地球环境变化观测和气象数据探测，还可以通过对指定地区的连续观测进行交通、灾害及环境破坏监视，在洪水、火灾或地震等灾害来临时，构成广大区域的监视系统。
随着科学技术的不断发展，在全球的宽带连接、地球遥感成像、空间观测、大气测量、全球资源监控以及军事侦察等方面的需求将会数不胜数。
平流层平台广阔的应用前景越来越引起世界的关注，美、日、韩及西欧各国已经投入了大量的人力物力对其进行可行性研究论证以及试验。
2、系统组成2.1 气球气球是系统中的工作主体。
带太阳能电池的平流层飞艇平飞过程平均温度计算方法
带太阳能电池的平流层飞艇平飞过程平均温度计算方法本文旨在探讨带太阳能电池的平流层飞艇平飞过程中的平均温度计算方法。
首先，我们需要了解平流层飞艇的运行原理。
它利用平流层的气流和太阳能电池产生的能量来维持飞行。
太阳能电池将太阳能转化为电能，并储存起来，以供平流层飞艇使用。
平流层的温度变化很小，所以平流层飞艇的平均温度变化也很小。
因此，我们可以采用以下方法来计算平流层飞艇的平均温度：首先，我们可以测量平流层飞艇的表面温度，并将其与平流层的温度进行比较。
然后，我们可以将平流层飞艇的表面温度与太阳能电池产生的能量进行比较。
最后，我们可以使用这些数据来计算平流层飞艇的平均温度。
需要注意的是，由于平流层飞艇的运行原理和环境条件都很特殊，所以计算平均温度时需要考虑多种因素，并采用比较严谨的计算方法。
- 1 -。
第11章飞艇空气动力学1
飞艇的结构特点和工作原理
因此，为了保持气囊的整体外形，要求飞艇在最大飞行
速度时前驻点的内外压力差不低于p0，临界条件为：
p
1 2
Vm2ax
p0
飞艇的结构特点和工作原理
p
1 2
Vm2ax
p0
工程算法采用经验公式： p 125 0.033Vm2ax
Vmax的单位为km/h， p的单位为Pa
几何参数
传统飞艇的艇身一般为回转体外形，可以根据飞艇 的轮廓线R=R(x)来计算飞艇的体积和表面积。
Vas
l 0
R
2
x dx
Sas
l
2 R
0
1 R2 dx
几何参数
工程上有一些简单的估算方法，通过外形之间的相 似关系确定飞艇的体积和表面积。
Vas Cv Al
飞艇的结构特点和工作原理
飞艇(airship) :也称飞船(dirigible)，带有推进 系统和控制系统的浮空器. 当飞艇的动力设备不工作时就相当于自由气球。
飞艇的结构特点和工作原理
飞艇可以分为以下四类： （1）软式飞艇(nonrigid airship 或 blimp)
飞艇的结构特点和工作原理
国内飞艇发展现状
哨兵3
2004成功地进行了1km升空试验，中国航空工业第605 所自行研制，飞行高度1000m，载重150kg，可长时间 在空中滞留，并搭载有多种通信设备，可作为一个空中 网络化信息化的平台。
2 基本概念
2.1 基本参数
几何参数
描述飞艇外形及尺寸的参数主要有三个：总长度l，最 大直径d，长细比f
长航时高空飞艇主要应用于平流层通信和在军事上获 得持续持久的空间效果。
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飞行高 20
40
50
80
100
度/km
探测范 194 347 414 589 695 围半径 /km
比起同步卫星，自由空间衰减减少约65db，延 迟小于0.03ms，远低于同步卫星的12ms
平流层飞艇安全性
所处环境稳定、 现有各种放空武器是以飞行高度低于20km的
飞行器为目标的，个别攻击高度达到临近空间 的先进武器也因为造价高昂，如果攻击成本低 的临近空间飞行器，经济上得不偿失。
平流层飞艇 临近空间飞行器技术要
（一）基础数据 （二）应用背景 （三）核心技术
1.能源技术 2.动力技术 3.悬停技术
平流层飞艇设计期望
飞艇期望飞行速度30m/s-40m/s 承受1t-2t任务载重 飞艇体积400000m³-1500000m³ 长度200m左右，宽50m-60m 吊舱投影面积约30m*20m 发动机功率：数千瓦以致数兆瓦 工作高度（20km）时，气囊体积占总体积约
96%
现有平流层飞艇各向速度
水平飞行速度：48km/h-109km/h(30英里/小时 -70英里/小时)
上升速度：平均为 4m/s
水平飞行时主要克服较弱的水平风力，速度较 快。
上升主要依靠浮力克服重力，当外界温度下降 气压降低时，He气囊胀大，提升浮力。可添 加浮力翼增加浮力。
平流层飞艇探测范围
主要导弹射程：18km-25km
临近空间飞行器能源技术
主要能源方式：蓄电池，固体火箭燃料，可再 生燃料电池，太阳能电池，微波能量供能。
现有平流层飞艇主要依靠太阳能电池与可再生 燃料电池相结合的方式提供飞艇所需能量。
太阳能电池功率质量比因大于350kw/kg 可再生能量电池因大于0.35kw*h/kg
临近空间飞行器动力技术
由于平流层空气浓度远低于低空大气浓度（为 正常大气6%），内燃机需要额为增压，不再 适用。因此采用大功率高速电机驱动系统。
比较适合高速高性能驱动系统的是永磁电机。 其有质量轻，体积小，动态性能好等优点。
总结：直流永磁变速电动机带动螺旋桨提供飞 艇动力较为成熟。国际上已有转速达 200000r/min，功率达数千瓦以致数兆瓦的高 度电机投入使用。
平流层飞艇悬停技术
定点悬停是其独有优点。
浮力控制：氦气囊在地面体积只占总体积7%，工作高 度时达到96%。可以通过控制氦气温度，控制氦气囊 大小，调整浮力，控制竖直方向运动轨迹。
姿态控制与位置修正：平流层水平风向在宏观上呈现 季节性周期变化，但微观上有很大随机性，需设计一 自适应优化控制系统，通过知识积累，逐渐适应周期 性变化的环境。
临近空间飞行器能源技术
现有飞艇能量需求大，供应不足，夜间常因动 力不足无法保持定点悬停被大风吹离悬停范围
解决方案：可以将微波无线输能与现有能源技 术结合使用，预防单一能源系统故障问题，保 证飞艇长时间稳定工作。
微波无线供能优点：实现了能量产生装置与能 量应用装置的分离，进一步减少了飞艇能源系 统体积重量。全天候无间断供能。