中国空间科学技术

中国空间科学技术 ›› 2015, Vol. 35 ›› Issue (1): 43-50.doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2015.01.006

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利用自然能的轨迹可控临近空间浮空器初步设计

王超, 姚伟, 吴耀, 吕晓辰, 马蓉   

  1. （中国空间技术研究院钱学森空间技术实验室，北京100094）
  • 收稿日期:2014-06-05 修回日期:2014-09-12 出版日期:2015-02-25 发布日期:2015-02-25
  • 作者简介:王 超 1983年生，2010年获哈尔滨工业大学工程力学专业博士学位，工程师。研究方向为空间结构热/力耦合特性。
  • 基金资助:

    国家自然科学基金（51276191）资助项目

PreliminaryDesignonNear-spaceAerostatforLongDurationandRegionalStationKeepingbyNaturalEnergy

WANGChao,YAOWei,WUYao,LYUXiaochen,MARong   

  1. (QianXuesenLaboratoryofSpaceTechnology，CAST，Beijing100094)
  • Received:2014-06-05 Revised:2014-09-12 Published:2015-02-25 Online:2015-02-25

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2201

被引次数

2

摘要： 文章针对现有临近空间浮空器持久区域驻留期间面临的“超热”、“超压”和抗风机动飞行对材料和能源技术的挑战，提出一种充分利用自然界热能和准零风层风场环境的新型临近空间浮空器技术方案。文章分别介绍了新型临近空间浮空器的工作原理、系统组成、功能特点和飞行操控策略；通过浮空器热建模仿真分析和参数总体设计，研究了主气囊热控参数、浮空器白天和夜间“超热”能力，以及浮空器体积规模之间的耦合关系。结果表明，通过主气囊热控参数优化设计，可使浮空器白天“超热”值在100K以上，夜间“超热”值在20K以上，并给出了20~80K“超热”范围内的新型浮空器总体参数设计结果，这些结果满足浮空器高度调节所需浮升能力变化要求。

关键词: 轨迹控制, 准零风层, 超热, 初步设计, 临近空间, 浮空器

Abstract: Thematerialandpowertechnologiesarethekeyproblemsandchallengestothenear-spaceaerostatsduringlongdurationandregionalstationkeeping.Themainreasonsarethesuper-heatandsuper-pressureandmaneuverabilityagainstthewindduringthestationkeeping.Anovelnearspaceaerostatwasproposedwhichmadeuseofthenaturalheatandthenearspacequasi-zerowindlayer.Theworkingprinciple,systemcomponentsandflightstrategyofthenovelaerostatwereintroduced.Byuseofthethermalmodelingandsimulationandtotalparameterdesign,thecouplingrelationshipofboththermalcontrolledparametersofthemaincellandthesuper-heatcapabilitiesduringdayandnightandthesizeofaerostatwereresearched.Theresultsshowthatthesuper-heatcanreachaboveof100Kduringdaytimeand20Katnightthroughthermalparametersoptimizationdesign.Thedesignresultsofthetotalparametersoftheconceptualaerostatweregivenforthesuper-heatrangingfrom20Kto80K.

Key words: Contrailcontrol, Quasi-zerowindlayer, Superheat, Preliminarydesign, Nearspace, Aerostat