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太阳能平流层悬浮平台系统(空天飞行器).doc

太阳能平流层悬浮平台系统(空天飞行器)

王丹winnie
2019-05-07 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《太阳能平流层悬浮平台系统(空天飞行器)doc》,可适用于工程科技领域

太阳能平流层悬浮平台系统(空天飞行器)研制可行性分析报告北京格物创道发明公司北京未名高智科技有限公司地址:北京大学科技园北京大学资源东楼三层 电话:********、网址:wwwinventskynet wwwcreatvowcom Email:konggewuhotmailcom目 录项目名称、目标及意义  .项目名称  .项目目标  .项目意义  系统组成、特色及关键技术性能指标  .系统组成  .系统特色  .系统关键技术性能指标  系统的技术可行性、先进性和实用性  .系统的技术可行性  .系统的先进性  .系统的实用性  预期成果及效益评估  经济效益预测  研发时间安排及经费预算  .研发时间安排  .经费预算  项目运作实施风险及对策  前景展望  结论  项目名称、目标及意义.项目名称太阳能平流层悬浮平台系统(空天飞行器)研制.项目目标成功研制依靠太阳能驱动、能垂直升降且长期驻留在平流层中的飞行器。.项目意义近年来随着空中侦测、监控的作用越来越大无人驾驶飞机的研制已成为军事强国之间竞争的一个新热点美国、俄罗斯、以色列、英国、法国等国竟相投入重金研制无人飞机。美国已将多种型号的无人飞机应用到伊拉克战争、全球反恐怖战争以及打击贩毒、走私等的行动中取得了很好的应用效果。然而常规无人飞机也存在着诸多不足。其一是空中驻留的时间有限常规无人飞机的主要动力是普通能源所能携带能源数量的限制使其无法长时间在空中驻留连续驻留空中的时间一般仅为十小时左右其二是常规无人飞机的回收需要有相应的机场设施既增加了成本机动性和灵活性也较差。随着太阳能光电技术的发展研制无需大量携带能源的太阳能飞机在技术上已成为可能。相对常规无人飞机而言太阳能飞机的优势是不言而喻的因而各科技、军事强国纷纷在太阳能无人机研制方面展开了新的竞争。由美国太空总署(NASA)牵头、多个部门参与的太阳能飞机研制工作已迅速展开先后研制出两个系列多种型号的太阳能无人机。其中探索者二号曾经在一次试飞中达到米的高度让人们看到了太阳能无人机的性能及其广阔的发展与应用前景。美国的科学家预测几年以后太阳能无人机将在美国的国防与军事行动中扮演极其重要、并且是其它军事装备所无法替代的角色。另一方面随着通讯、交通、气象等领域的发展对信号中继、空中监控和遥测等设施提出了更高要求现有设施并不能很好地满足这种需求。传统的地表通讯中继和监控设备覆盖面小综合投资额大且易受大气环境和气候的影响效果不甚理想。低空飞行器如气球、飞艇、无人机等虽然也能在特定的环境和时段内发挥一定的作用但由于系统总体上运行不稳定每隔一段时间需要补充能源也易受气候变化等客观因素制约因而这类低空飞行器终难满足要求难以成为主流的中继、监控、遥测设施尤其是难以成为普通移动通讯系统的中继设施。卫星虽然具有稳定性较强的特点但也存在诸多不足:低轨道卫星因为无法定位其对地面的监控和中继通常具有间断性且因其不在本国的上空无法得到有效保护就目前的空间技术手段而言一旦出现故障就只能报废同步卫星虽然可以定位但因其距离地球较远信号相对较弱通道数量有限且同步卫星的轨道资源十分有限不可能无限量地发射同步轨道卫星。正因为此对于连续性好、稳定性强、可靠性高、通道容量不受限制的空中中继与监控平台的需求已变得越来越迫切。领域内的科学家们不约而同地将目光投向了平流层期待着一种在平流层中能够稳定运行的悬浮平台系统更准确地说就是以太阳能为能源的平流层稳定悬浮平台系统。在美国曾有通讯专家断言第四代移动通讯系统中继平台的首选就是平流层中的太阳能飞行器。因而平流层飞行器不但具有巨大的市场开发前景而且对国防也有着无可替代的战略意义。根据我们所掌握的信息美国、俄罗斯、德国、法国、澳大利亚、瑞士、瑞典、英国、日本等国都已投入巨额资金和大量的人力加快了平流层飞行器研究的步伐并已经取得了很多有价值的成果有些甚至是具有里程碑意义的突破性进展。例如美国、瑞士、俄罗斯太阳能飞行器均已经升到了平流层。而我国针对这方面的研究工作还处于非常初级的阶段与上述国家之间存在着巨大的差距如果不加强这一领域的研究工作我们很可能会在未来的军事竞争中蒙受巨大损失在经济方面也将会失去一个高额利润市场。另一方面由于这一领域尚处于起步阶段尽管与发达国家存在着差距但远没有通讯、电子、生物工程等领域的差距大只要能够高度重视起来投入相应的研发经费并通过艰苦努力我们完全有可能独辟蹊径闯出一条成功捷径迅速赶上甚至是超过发达国家的研究水平并率先将该系统推进到实用阶段占领国际市场。正是基于这一背景我们敏锐地感受到了太阳能平流层悬浮平台系统对我国国防安全、通讯、气象、遥感等事业的战略意义以及巨大的国际市场价值我们迅速组织成立了太阳能平流层悬浮平台系统研制项目小组。经过近两年的不懈努力凭借自身在发明创造领域积累的经验独创的发明技法工具以及太阳能光伏发电领域的深厚功底我们业已设计出一套独特的太阳能平流层悬浮平台系统解决方案。经过多次的推算和计算机模拟初步显示该方案的各个部分均符合科学原理且具有显著的可操作性和实用性。预计只要有相应的资金依据本方案可在数月内加工制作出仿真模型样机并据此进一步完善系统解决方案。在此基础上探讨产品化解决方案绘制出加工图纸更进一步地可按照图纸迅速批量加工生产装备到我国国防体系中或应用到民用市场。系统组成、特色及关键技术性能指标.系统组成该太阳能平流层悬浮平台系统(空天飞行器)主要由以下子系统或部件组成。高效光热一体化太阳能光伏发电子系统GPS子系统光敏传感控制子系统调压子系统燃料电池子系统自动控制子系统特种电机磁悬浮机构温控子系统太阳能汇聚利用子系统.系统特色与美国、瑞士、德国、俄罗斯、以色列等国研制的太阳能飞机相比我们所设计的太阳能平流层悬浮平台系统(空天飞行器)具有以下特色。采用可变形五星造型同等受光面积的飞行器自重减低以上。可自动调整姿态跟踪太阳太阳能电池板的发电平均效率总体提高以上。可垂直升降运行平稳升降时出现意外事故的几率降低以上。可在空中迅速调整飞行方向一次可转向度左右。可升入万米左右的高空平流层中并能在平流层中稳定停留数年。可在平流层中自动控制无规律地快速改变方位(三维坐标位置)从而有效避免敌方武器的恶意攻击。可以携带雷达、红外检测仪、激光器等搭载装备并能为这些装备供应充足的电能附带的太阳能辅助空调系统可使所搭载仪器在适宜的温度范围内工作。.系统关键技术性能指标在太阳能平流层悬浮平台系统的研究过程中我们曾对概念型模型机的一些关键性技术参数进行了初步的模拟推算结果如表。表太阳能平流层悬浮平台系统关键技术性能指标模拟推算结果大小规格{直径(外径)}mm运行参数最大飞行高度m最大上升速度mh最大下降速度mh最大巡航速度kmh最大载重量自重最大转向角度o螺旋桨最大转速rd蓄能设备燃料电池系统可维持工作年核心部件的使用寿命年一般情况下建议使用年最大的有效通讯覆盖面积km可抵抗的最大平流层气流流速ms最大倾斜角度(跟踪阳光状态)o   系统的技术可行性、先进性和实用性.系统的技术可行性系统研制所依据的科技理论有:热力学、光学、微电子学、光电学、自动控制理论、空气动力学、电化学、电磁学、材料科学、陀螺定位原理等。系统的几项关键创新点所依据的科学原理均为人们所熟知美国太空总署太阳能飞机的实验数据业已证实是可行的因而系统设计有充分的科学理论依据。所采用的技术手段(包括我们所独创的二十余项发明)都是成熟可靠的。只要在加工时严格把关严格按照设计要求进行完全能够研制出达到要求的新型太阳能平流层悬浮平台系统。.系统的先进性该平流层悬浮平台系统(空天飞行器)通过一套光敏传感器采集信号在一套自动控制系统的控制下自动跟踪太阳从而使光电池转化出的电能提高以上转化效率提高以上。通过特殊变频调速装置可根据空气密度以及要求的升降速度自动调整电机的转速。该系统采用独特设计的能源元件高效太阳能光热、光电一体化系统在获得电能的同时通过一套真空封装的热能储存系统储存热能能够有效地将温度控制在℃左右的范围内从而确保系统的电子控制等装置在安全、适宜的温度范围内工作。该系统的设计方案中采用独特的控制旋转系统使螺旋桨限定在一个半球面上的任何一个位置系统可以在空中悬停快速调向自动调整姿态跟踪太阳自动调整角度对抗所在位置的平流层不平稳气流。该系统可以垂直升降可以收折部分太阳能电池板能够根据需要改变形状使系统在空中悬停时能够最大限度地接收并转化太阳光能并且可以最大限度地减少升降过程中的空气阻力以及出现故障的几率。该系统还设置有一套应急保护系统一旦出现问题系统可自动控制弹出一套辅助安全降落装置确保本系统的运行安全。系统可以在两个非相邻螺旋桨同时失效的情况下通过自动调整其它三个螺旋桨的转速以保证在不依赖其它辅助设施的前提下平稳降落到指定地点。.系统的实用性该平流层悬浮平台系统(空天飞行器)设计为可垂直升降这就使得系统在升降时不需要固定的场所更不需要跑道使用非常方便。系统依靠储能系统所存贮的能量即使是在阴雨天气(飓风等恶劣天气除外)也同样可以安全起降。

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