何子清
(中國人民解放軍63869 部隊(duì) 吉林省白城市 137000)
自20 世紀(jì)70 年代以來,太陽能飛機(jī)已經(jīng)發(fā)展了一段路,國內(nèi)外一直都在研究高空長航時(shí)的問題,例如美國的第一架太陽能無人機(jī)“Sunrise I”,英國的“微風(fēng)”(Zephyr)太陽能無人偵察機(jī),國內(nèi)的有無人機(jī)特種技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的周洲老師,研制出一款“太陽能WIFI 無人機(jī)”,續(xù)航時(shí)間可達(dá)十幾個(gè)小時(shí)。然而,太陽能的持續(xù)飛行是有挑戰(zhàn)性的,仍然存在難以解決的問題,需要技術(shù)的進(jìn)步,包括輕型飛機(jī)的設(shè)計(jì),能量的轉(zhuǎn)化和存儲(chǔ),以及飛行控制和航跡的優(yōu)化。
本文研究的目的通過改變飛機(jī)的飛行姿態(tài)以及飛行速度來增加獲得的能量,并通過使用從控制飛行高度獲得的重力勢能來提高飛行耐力。整個(gè)飛行過程中,需要一個(gè)最佳的飛行路徑,通過增加所獲得的能量的數(shù)量和減少用于推進(jìn)的能量來確保長期的耐久性。白天飛行主要是吸收太陽光的能量,目的是飛機(jī)能夠在飛行消耗能量的同時(shí),為安全度過夜晚提供能量來源。通過建立每個(gè)飛行階段的能量函數(shù),得出影響能量存儲(chǔ)的變量,通過飛行制導(dǎo)律使每個(gè)階段的能量函數(shù)最大。
太陽能飛機(jī)在飛行過程中,首先要考慮的是太陽的位置,為了增加太陽光的吸收率,飛機(jī)的航向始終與太陽保持一致,且隨著高度的增加,大氣透射率不斷增強(qiáng),結(jié)果進(jìn)一步獲得的能量增加。另一方面,消耗的能量由飛機(jī)的姿態(tài)、 空氣動(dòng)力特性和空氣密度決定。消耗的能量可以從飛機(jī)的規(guī)格來計(jì)算。……