前言
實現(xiàn)不間斷飛行是航空人永遠追求的目標(biāo)之一。隨著航空科學(xué)技術(shù)和新能源技術(shù)的發(fā)展及兩者的有機結(jié)合，由太陽能動力驅(qū)動的飛行器孕育而生，而且呈現(xiàn)出很好的發(fā)展勢頭。太陽能無人機以太陽輻射為主要驅(qū)動能源，能夠長時間飛行，便于執(zhí)行偵察監(jiān)視等任務(wù)。高空駐留太陽能無人機通常飛行在20km高的臨近空間中，能夠充分利用太陽能，并減小大氣流動的不利影響，其續(xù)航時間長、飛行高度高、使用靈活且不產(chǎn)生環(huán)境污染，在民用和軍用領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。高空駐留太陽能無人機總體設(shè)計存在多設(shè)計要素高度耦合的特征，低速低密度飛行條件使其具有明顯的低雷諾數(shù)氣動特性，柔性超大展弦比機翼帶來了復(fù)雜的氣動彈性問題，低翼載荷特性與較大的風(fēng)場擾動增加了控制難度，這給其設(shè)計和工程應(yīng)用帶來了重大挑戰(zhàn)。因此本書對高空駐留太陽能無人機設(shè)計與動力學(xué)問題開展了研究，系統(tǒng)全面地論述了高空駐留太陽能無人機面臨的總體設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計，以及柔性機翼動力學(xué)等問題，可作為從事太陽能無人機設(shè)計的研究人員重點技術(shù)攻關(guān)方向的參考，以及研究創(chuàng)新總體設(shè)計技術(shù)的支撐。
本書主體是作者基于高空駐留太陽能無人機總體設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計和動力學(xué)問題的研究成果創(chuàng)作而成的。
本書主要分為6章：第1章緒論，指明了太陽能無人機存在的廣闊應(yīng)用前景，通過對國內(nèi)外典型的太陽能無人機發(fā)展歷程的梳理歸納，提出了高空駐留太陽能無人機當(dāng)前的技術(shù)難點與挑戰(zhàn)，為后面5章的研究提供了背景和問題來源。第2章光伏組件面功率特性與太陽能無人機能源管理，本章基于太陽能無人機所處的能源環(huán)境，分析了其中關(guān)鍵的光伏組件隨時間、季節(jié)、緯度變化的面功率特性，提出了一種主動式的光伏組件概念；基于熱特性分析方法，分析了太陽能無人機的熱特性，并提出了針對太陽能無人機的熱管理部件設(shè)計方法和綜合熱管理策略。第3章太陽能無人機飛行原理與總體參數(shù)設(shè)計方法，本章基于太陽能無人機的質(zhì)量平衡和能量平衡飛行原理，采用靈敏度分析方法分析了各總體參數(shù)對太陽能無人機可持續(xù)高度的影響及約束程度；在布局與能源綜合設(shè)計思想指導(dǎo)下，建立了太陽能無人機總體參數(shù)設(shè)計方法，給出了低緯度地區(qū)和中緯度地區(qū)的太陽能無人機設(shè)計實例，并通過能量性能分析驗證了方法的有效性。第4章太陽能無人機輕質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計，本章首先梳理總結(jié)了典型太陽能無人機的結(jié)構(gòu)形式，而后針對典型太陽能無人機常采用的圓管梁、箱形梁、桁架梁，采用理論分析和有限元仿真方法對典型結(jié)構(gòu)形式進行了對比分析，提出了太陽能無人機主梁方案的快速設(shè)計流程，后針對某太陽能無人機復(fù)合材料圓管梁的鋪層優(yōu)化設(shè)計問題進行了研究。第5章太陽能無人機動力學(xué)與風(fēng)場建模方法，本章從幾種簡單的氣動力模型和結(jié)構(gòu)模型出發(fā)，通過耦合剛體動力學(xué)，建立了太陽能無人機的剛彈耦合動力學(xué)模型，針對太陽能無人機動力學(xué)具有顯著影響的低高空飛行環(huán)境問題開展了風(fēng)場建模研究。第6章太陽能無人機氣動彈性問題研究，首先基于機翼帆尾布局形式，研究了點質(zhì)量分布與結(jié)構(gòu)柔度等結(jié)構(gòu)屬性對太陽能無人機性能的影響；之后針對大展弦比柔性機翼模型開展了顫振穩(wěn)定性問題的研究；隨后基于飛翼式布局的柔性無人機模型開展了顫振穩(wěn)定性與陣風(fēng)響應(yīng)特性的研究。后以附錄形式介紹了太陽神原理驗證機事故調(diào)查報告概述，供相關(guān)設(shè)計人員參考。該調(diào)查報告回顧了太陽神太陽能無人機研發(fā)試飛中的構(gòu)型發(fā)展歷程和事故發(fā)生前后的事件記錄，通過一些獨立性的分析測試調(diào)查了導(dǎo)致事故的直接原因和根本原因等，并總結(jié)了相關(guān)的經(jīng)驗教訓(xùn)，可供相關(guān)人員學(xué)習(xí)借鑒。
本書每一章既自成體系，又統(tǒng)一于高空駐留太陽能無人機設(shè)計與動力學(xué)的主題，
旨在幫助讀者了解高空駐留太陽能無人機的發(fā)展現(xiàn)狀，并形成一定的高空駐留太陽能無人機的總體設(shè)計能力。
本書可供飛行器設(shè)計和動力學(xué)研究人員使用，也可作為高等院校航空專業(yè)的本科生、研究生和航空愛好者的學(xué)習(xí)參考書。
昌敏完成了本書的策劃與統(tǒng)稿，并與汪輝、金朋完成了本書的主要撰寫工作。各章的分工：第1章：昌敏、白俊強，第2章：汪輝、周洲、毛昭勇，第3章：昌敏、周洲，第4章：金朋，第5章：唐矗、白俊強，第6章：昌敏、張忻，附錄：昌敏。在大家的共同努力下，本書才能順利出版，在此致以誠摯的感謝！
由于作者水平有限，書中難免存在不足之處，請廣大讀者及時予以指正。