高空太陽能無人機設計與動力學

本書基於作者多年來在太陽能無人機領域的研究理論和研究成果，結合工程實踐經驗撰寫而成。
書中系統梳理了國內外典型太陽能無人機的研發歷程和設計特點，
全面闡述了高空駐留太陽能無人機的設計與動力學問題，包括其總體設計、結構設計、能量管理、
柔性機翼動力學和氣動彈性等關鍵技術問題，內容豐富、結構完整，
有助於讀者增進對太陽能無人機的認識和了解，並形成一定的總體設計能力和結構設計能力。
本書可供從事太陽能無人機設計的科研人員、工程技術人員使用，也可供高等院校相關專業師生參考。

目錄
序
前言
1章緒論
1.1高空太陽能無人機應用背景與研究意義
1.2太陽能無人機國內外研究
1.2.1美國Solong小型太陽能無人機
1.2.2瑞士Atlantik Solar小型太陽能無人機
1.2.3美國Pathfinder系列高空太陽能無人機
1.2.4美國HAWK30高空太陽能無人機
1.2.5瑞士Solar Impulse太陽能載人飛機與Skydweller高空太陽能無人機
1.2.6英國Zephyr高空太陽能無人機
1.2.7美國Vulture計劃高空太陽能無人機
1.2.8中國的太陽能無人機
1.3高空太陽能無人機的技術難點與挑戰
1.3.1以能量為中心的太陽能無人機總體參數設計方法
1.3.2高空太陽能無人機高效氣動與輕質結構設計
1.3.3太陽能無人機能源管理與熱管理研究
1.3.4太陽能無人機氣動彈性建模方法及動力學分析
參考文獻
2章光伏組件面功率特性與太陽能無人機能源管理
2.1太陽能無人機能源環境分析
2.1.1太陽輻射特性
2.1.2太陽與地平面相對位置的變化規律
2.1.3太陽總輻照度的變化規律
2.2高空環境下的光伏組件面功率模型
2.2.1太陽光線在光伏組件表面的入射角餘弦值
2.2.2光伏組件的表面溫度特性
2.2.3面功率模型
2.3光伏組件的面功率特性分析
2.3.1機翼上表面的光伏組件面功率特性
2.3.2僅水平翼面鋪設光伏組件的太陽能無人機的可持續高度、緯度特性
2.3.3主動式光伏組件面功率特性
2.4太陽能無人機的熱特性及能源管理問題
2.4.1熱特性分析方法
2.4.2三維熱環境仿真模型及分析結果
2.4.3熱管理部件設計
2.4.4綜合熱管理策略
參考文獻
3章太陽能無人機飛行原理與總體參數設計方法
3.1太陽能無人機的能量平衡飛行原理
3.2基於能量平衡的太陽能無人機可持續高度分析
3.2.1翼載荷及各部件面密度特性
3.2.2各總體參數對可持續高度的影響
3.3太陽能無人機總體參數設計方法
3.3.1“機翼—帆尾”佈局太陽能無人機構型描述
3.3.2高空駐留太陽能無人機各部件質量組成
3.3.3質量平衡與能量平衡下的總體參數關聯
3.3.4總體參數設計過程
3.4高空駐留太陽能無人機總體佈局參數設計實例
3.4.1低緯度地區
3.4.2中緯度地區
參考文獻
4章太陽能無人機輕質結構設計
4.1典型太陽能無人機結構概述
4.1.1美國航境公司係列
4.1.2英國Zephyr太陽能無人機
4.1.3瑞士“陽光動力”太陽能無人機
4.1.4美國“奧德修斯”太陽能無人機
4.1.5結構形式總結
4.2太陽能無人機典型結構方案分析
4.2.1工字梁、圓管樑和箱形梁剛強度理論分析
4.2.2工字梁、圓管樑和箱形梁剛強度對比分析
4.2.3太陽能無人機機翼主梁方案快速設計流程
4.2.4複合材料桁架梁結構分析方法
4.3考慮纖維連續性的太陽能無人機複合材料圓管梁鋪層優化設計研究
4.3.1複合材料結構鋪層優化設計及纖維連續性模型
4.3.2主從式並行遺傳算法
4.3.3優化程序與Nastran信息交互
4.3.4太陽能無人機機翼結構簡介
4.3.5機翼有限元模型
4.3.6圓管梁優化模型
4.3.7圓管梁優化結果及分析
4.3.8小結
參考文獻
5章太陽能無人機動力學與風場建模方法
5.1非定常氣動力模型
5.1.1Theodorsen理論
5.1.2有限狀態理論
5.1.3ONEAR失速氣動力模型
5.1.4偶子網格法
5.1.5非定常渦格法
5.1.6氣動模型對比算例
5.2結構動力學模型
5.2.1線性等效梁模型
5.2.2幾何非線性梁模型
5.2.3結構模型對比算例
5.3剛彈耦合建模方法
5.3.1平均軸係法
5.3.2準坐標係法
5.4複雜風場建模方法
5.4.1低空飛行環境風場模擬
5.4.2高空飛行氣象條件模擬
5.4.3風切變對無人機飛行的影響
參考文獻
6章太陽能無人機氣動彈性問題研究
6.1結構屬性對太陽能無人機性能影響研究
6.1.1“機翼—帆尾”太陽能無人機總體參數
6.1.2結構屬性對太陽能無人機靜力學特性影響研究
6.1.3結構屬性對太陽能無人機動力學特性影響研究
6.2大展弦比柔性機翼的顫振穩定性問題研究
6.2.1柔性機翼模型參數與結構模態分析
6.2.2經典顫振特性分析
6.2.3失速顫振特性分析
6.3飛翼無人機顫振穩定性與陣風響應特性研究
6.3.1飛翼無人機模型參數與結構模態分析
6.3.2體自由度顫振特性分析
6.3.3陣風響應時域特性分析
6.3.4陣風響應頻域特性分析
參考文獻
附錄“太陽神”太陽能無人機飛行事故調查報告概述
1.墜機事件始末
1.1起飛前
1.2起飛
1.3墜機
1.4小結
2.分系統分析和測試
2.1結構和控制系統
2.2動力與推進系統
2.3結構完整性分析
2.4氣象分析
3.直接原因、根本原因、促成因素和建議
參考文獻