临近空间飞艇系统构成和轻强囊体材料技术介绍

发布日期：2023-10-31 15:04:52 点击：

临近空间飞艇系统由飞艇平台系统、任务载荷、试验场支持系统和空域监控系统组成。飞艇平台系统包括平台体、视距测控地面站和卫星通信测控系统。平台体一般包括浮力气囊子系统、能源子系统(太阳能电池阵列、储能和供电子系统)、推进子系统、航电子系统、飞控子系统和吊舱子系统。

本质上，临近空间飞艇总体设计需要解决浮力重力平衡、推力阻力平衡和昼夜能量平衡三个平衡问题，此外还需要考虑长期空白带来的环境适应性、可靠性和安全性设计。考虑到飞艇的成本和工程实现，飞艇在临近空间的总体尺寸和起飞重量应限制在一定范围内。因此，集空气动力学、结构、推进、控制、能源等学科于一体的多学科优化设计(MDO)是在满足既定总体技术指标的条件下，实现飞艇临近空间总体方案设计的重要技术途径。在设计过程中，建立能妥善处理多学科耦合信息的模型，以及选用适合的MDO方法是重要的研究内容。目前北京航空航天大学在综合气动、推进、结构和能源学科分析与设计，以起飞重量最小化为目标的飞艇MDO研究，已经取得了一定成果，可为飞艇总体设计提供重要工具。

临近空间飞艇囊体材料.jpeg

轻强囊体材料技术

临近城市空间发展环境进行大气密度低、对流换热小、太阳辐射强、臭氧浓度高，临近空间飞艇囊体工作生活环境问题十分苛刻，因此囊体材料是临近空间飞艇的关键信息技术企业之一。囊体材料须具备极高的比强度，只有面密度没有足够小，同样容积的囊体才可产生影响更大的有效利用浮力，而控制艇囊体积是保证学生临近空间飞艇工程项目可行性和经济社会可行性的基本能力要求。囊体材料结构强度方面还需要足够大，以抵抗飞艇运行管理过程中存在昼夜温差引起的囊体内外压差载荷，保证飞艇在运行使用过程中的安全性。现代飞艇已普遍认为采用氦气，所以囊体材料须具备一种良好的密封系统性能，必须在有限面密度的囊体材料中集成学习具有自己良好生态环境以及适应性的氦气密封层，保证飞艇在长时间飞行训练过程中不漏气，浮力不下降。囊体材料须包含产品性能更加优良的抗老化层，抵抗临近空间的紫外线和臭氧能够带来的综合知识老化作用，同时我们需要研究采用隔光层，防止太阳辐射对内层材料的损伤。囊体材料过程中所出现有的教育功能层需要在-80℃以下的低温保护环境下工作，并可抵抗接近100℃的昼夜温度不断变化，这极大程度限制了高分子复合材料的可选范围。由于囊体表面积非常巨大，加工工艺难度不是很高，对囊体材料的可加工性、耐损伤相关特性、可维修性等提出了很高要求。因此，只有得到充分了解认识到了临近空间飞艇囊体材料的需求，通过一些精细分析设计、深入全面优化，开发模式应用最前沿的材料科学技术，将材料的性能发挥到极致，方可突破囊体材料也是关键数据技术。