靈巧浮空器系統（簡體書）

以全球各大研究機構研製的小型浮空器為主，提出了靈巧浮空器的概念，對靈巧浮空器進行了系統分類，重點分析了靈巧浮空器設計基礎、飛行理論、熱力學性能以及能源系統；並介紹了高空型靈巧浮空器系統區域駐空控制、系留型靈巧浮空器系統飛行穩定控制以及搭載式靈巧浮空器系統釋放與協同，同時還針對靈巧浮空器飛行試驗及應用進行了簡要分析，以便為靈巧浮空器的設計奠定一定的基礎。

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 靈巧浮空器系統概念 1
1.2 靈巧浮空器系統分類 2
1.3 靈巧浮空器系統的特點 3
1.4 靈巧浮空器系統研究進展 4
1.4.1 國外研究現狀 4
1.4.2 國內研究現狀 36
1.4.3 國內外差距分析 38
1.5 靈巧浮空器關鍵技術 39
1.5.1 浮空器系統關鍵技術 39
1.5.2 高空自由浮空器關鍵技術 41
1.5.3 系留浮空器主要關鍵技術 42
1.5.4 搭載式浮空器關鍵技術 43
1.5.5 靈巧浮空器任務載荷關鍵技術 44
1.6 靈巧浮空器的發展 46
1.6.1 發展趨勢 46
1.6.2 發展方向 48
1.6.3 發展建議 50
參考文獻 51
第2章 靈巧浮空器設計基礎 53
2.1 浮空器設計要點 53
2.2 浮空器浮空原理 53
2.3 浮空器主要參數 55
2.3.1 浮空器的質量 55
2.3.2 浮空器的幾何外形 56
2.4 浮空器壓差 57
2.5 浮升氣體物性 63
2.6 浮空器蒙皮材料 63
2.6.1 蒙皮材料的結構 64
2.6.2 材料研究進展 67
2.6.3 複合蒙皮材料的使用環境特點 71
2.6.4 材料的輻射特性 71
2.6.5 材料氣密性影響 74
參考文獻 81
第3章 靈巧浮空器飛行理論 84
3.1 飛行大氣環境 84
3.1.1 溫度特性 85
3.1.2 太陽輻射 86
3.1.3 風場 87
3.2 浮空器動力學模型 94
3.2.1 高空浮空器動力學 94
3.2.2 系留浮空器動力學 96
3.3 浮空器飛行性能 98
3.3.1 快速升空方法 98
3.3.2 升空過程體積變化 104
3.3.3 升空過程性能指標 108
3.4 浮空器流動數值模擬 110
3.4.1 浮空氣球繞流網格生成 111
3.4.2 徑向基函數網格變形基本方法 113
3.4.3 表面插值節點的選擇方法 115
3.4.4 基於徑向基函數的氣球網格變形算例 116
3.4.5 流動控制方程及其求解 117
3.4.6 浮空器繞流性能 140
參考文獻 148
第4章 靈巧浮空器熱力學性能 150
4.1 浮空器熱環境 150
4.1.1 太陽輻射 151
4.1.2 地球反射輻射 155
4.1.3 地球紅外輻射 159
4.1.4 大氣對流 160
4.2 浮空器熱模型 161
4.2.1 浮空器有限元模型 162
4.2.2 浮空器熱學模型 163
4.3 浮空器熱特性 168
4.3.1 蒙皮材料吸發比影響 168
4.3.2 飛行高度影響 176
4.4 浮升氣體滲透 179
參考文獻 184
第5章 靈巧浮空器能源系統 187
5.1 系留型浮空器能源系統 187
5.1.1 系留型浮空器高壓供電技術 188
5.1.2 浮空器系留纜繩 189
5.1.3 電力系統 197
5.2 高空浮空器系統能源系統 198
5.2.1 高空浮空器能源系統研究 198
5.2.2 光伏陣列 (太陽能電池板) 200
5.2.3 能源系統控制裝置 206
5.2.4 儲能電源 207
5.2.5 非晶矽太陽能電池作為空間能源的性能特點 209
5.3 高空浮空器能量管理 213
5.3.1 高空浮空器能量平衡 213
5.3.2 能量管理系統 214
5.3.3 能源管理單元 216
5.3.4 能源管理技術 218
5.4 環境儲能策略 220
5.4.1 重力勢能 220
5.4.2 風梯度 222
5.4.3 自然能 224
5.5 浮空器新型能源系統 227
5.5.1 微波能量傳輸技術 227
5.5.2 能源/蒙皮複合結構 234
5.5.3 多功能結構電池 235
參考文獻 236
第6章 高空型靈巧浮空器系統區域駐空控制 240
6.1 浮空器高度控制 240
6.1.1 高度控制系統模型 240
6.1.2 模型仿真與試驗驗證 241
6.1.3 充/放氣控制 243
6.1.4 壓差控制 243
6.1.5 定高控制 247
6.1.6 吊籃姿態控制 249
6.2 浮空器飛行軌跡優化 256
6.2.1 恒定風場的二維軌跡優化 256
6.2.2 基於漸進法的二維軌跡優化 257
6.3 平流層風場數學模型研究與仿真分析 259
6.3.1 基於NCEP離散數據的NCEP RBF模型 259
6.3.2 HWM14模型 266
6.4 浮空器區域駐空性能 275
6.4.1 浮空器區域駐留原理 275
6.4.2 影響因素 275
6.5 搭載式浮空器組網方案研究 281
6.5.1 浮空器高空組網定位 281
6.5.2 空中氣球基站――SkySite 284
6.5.3 空中Mesh組網 284
6.5.4 Google氣球 285
參考文獻 287
第7章 系留型靈巧浮空器系統飛行穩定控制 289
7.1 浮空器系留設計 289
7.1.1 絞車系統 290
7.1.2 系留塔 293
7.2 系留浮空器動力學模型 294
7.3 系留浮空器升降性能 297
7.4 系留浮空器穩定性分析 302
7.5 系留浮空器纜繩力學特性 305
7.6 系留浮空器抗風性能分析 308
參考文獻 312
第8章 搭載式靈巧浮空器系統釋放與駐留 313
8.1 搭載式浮空系統 315
8.1.1 搭載式浮空平臺特點 315
8.1.2 平臺關鍵技術及解決途徑 316
8.1.3 搭載式浮空平臺系統組成 317
8.2 搭載式浮空平臺設計 318
8.2.1 浮空平臺工作方式與裝填佈局 318
8.2.2 平臺設計及裝填佈局計算 319
8.2.3 浮空器設計分析 320
8.2.4 平臺的參數描述 321
8.3 浮空平臺減速充氣過程 322
8.3.1 浮空平臺減速充氣過程工作原理 322
8.3.2 降落傘的開傘充氣過程 323
8.3.3 浮空器的拉直充氣過程 324
8.3.4 浮空平臺減速充氣過程數學模型 325
8.3.5 搭載式浮空器充氣研究 335
8.3.6 高空環境下浮空器快速充氣 336
8.4 高空高速傘-球多體柔性動力學技術 341
8.4.1 氣球方案設計 341
8.4.2 降落傘方案設計 343
8.4.3 降落傘系統多體動力學特性研究方案 344
8.5 搭載式浮空器的區域駐空 355
8.5.1 平流層大氣環境調研 355
8.5.2 浮空氣球系統數學模型 361
8.5.3 高度調節設計 365
8.5.4 控制系統總體設計 366
8.5.5 浮空平臺全系統的動力學仿真 367
參考文獻 369
第9章 靈巧浮空器飛行試驗及應用 371
9.1 靈巧浮空器蒙皮製作 371
9.1.1 浮空器蒙皮及其製備方法 371
9.1.2 浮空器新型蒙皮 372
9.1.3 浮空器蒙皮用膠黏劑 373
9.1.4 浮空器囊體材料的塗料 374
9.1.5 浮空器蒙皮折疊 375
9.2 浮空器放飛及回收 375
9.2.1 系留浮空器放飛 375
9.2.2 系留浮空器回收 377
9.2.3 系留浮空器安全操作技術規範 378
9.2.4 高空浮空器放飛 379
9.2.5 高空浮空器實驗艙回收系統 382
9.2.6 可回收的高空探測浮空器 383
9.3 地面配套設施 384
9.3.1 系留浮空器系留設施 384
9.3.2 高空浮空器系統地面站 388
9.3.3 靈巧浮空器的充收氣裝置 389
9.4 靈巧浮空器的工程應用 390
9.4.1 快速升空系留浮空平臺視頻監視系統 390
9.4.2 大氣污染監測車載系留浮空器系統 390
9.4.3 系留靈巧浮空器球載GPS干擾系統 393
9.4.4 靈巧浮空器在應急通信中的應用 394
9.4.5 靈巧浮空器在安全預警、偵察中的應用 395
參考文獻 397
彩圖