平流層飛艇控制與推進技術

喬振宇

摘要： 在平流層平臺中，飛艇發揮著重要的作用，能夠實現勘察軍事、觀測空間、測量大氣以及無線通信等功能。但是，由于平流層的環境特殊多變，因此要加強平流層飛艇的控制與推進技術研究，保證飛艇在浮空、回收以及升空等階段的控制。本文針對平流層飛艇的控制組成與控制難點進行展開討論，希望能夠保證飛艇在平流層中的有效應用。

關鍵詞： 平流層;飛艇;控制;推進技術

就現實中工程系統來說，主要由物質、信息、能量等三部分構成，通過這三部分能夠基本掌握工程系統的相關情況。在飛行器系統中，這三個元素即是指材料與結構設計、控制與管理工作以及動力與推進等。近空間，作為這幾年我國著重研究的空間資源，為了進一步挖掘近空間的價值與功能，相關部門致力于探索空間飛行器的有效研制，即平流層飛艇，希望早日實現利用平流層飛艇對空間資源進行開發的目標。

平流層飛艇的基本功能

飛艇主要以浮力原理升空為基礎，并具備控制飛行與推進裝置的飛行器。在實際的運行中，平流層飛艇的用途包括：

獲取有效信息

平流層平臺，能夠監視或者偵聽熱點區，并以高分辨率對不同目標區域進行監視。例如，運用平流層飛艇對交通樞紐加以監視，在海防、交通管理方面發揮著重要作用。

分發與通信

平流層飛艇能夠有效交換數據信息，并建立起個人通信基站，為客戶提供高效的寬帶數字通信業務。相較于通信衛星，平流層飛艇對于設備發射功率要求不高，通信更加的便利。

定位導航

平流層平臺導航定位體系，主要由地面微波轉發站、平流層飛艇、用戶接收機以及地面控制站等組成，能給交通運輸系統中的飛機、車、船等機動載體提供精確的導航信息，以便于實現自主導航。平流層飛艇的定位導航功能可以充分滿足交通監控、環境監測以及防災減災等社會需求當中。

完善平流層飛艇動力推進系統

平流層飛艇動力推進系統，主要作用在于：為保證飛艇的浮空飛行提供充足動力，主要由動力裝置、推進裝置以及能源裝置等組成。

平流層飛艇能源裝置

在低空飛艇運行中，主要以優質輕柴油、航空汽油、航空煤油等作為基本燃料，并借助于燃料將熱能轉化為機械能，從而保證飛艇的飛行動力。但是平流層與低空存在較大差異，平流程的大氣密度低，若采取普通燃油式發動機將難以順利開展工作，如果平流層飛艇自帶燃油，由于發動機自身質量較大，將降低飛艇的攜帶量。同時，由于平流層的太陽輻射強度較大，因此平流層飛艇可以借助于太陽能電池將太陽能轉化為電能，保證飛艇能源。

平流層飛艇動力裝置

在平流層飛艇中，主要借助于太陽能電池為直流電，飛艇以直流電作為主要動力，因此平流層飛艇中主要借助于電動機驅動來完善裝置產生推力。實際上，電動機主要分為交流電動機與直接電動機兩種，都能夠應用于飛艇之中，應該綜合考慮平流層的實際情況按需求選擇。其中，雖然說交流電動機的調速與啟動性能較差，但是如果需要的電動驅動單軸較多，則電磁鐵交流感應電機則更具有使用優勢：當一臺電機發生故障或者需要停止工作時，只需要直接停機即可，其他電機仍然能夠保持正常運行，不會對其他電動機造成損害。而直流電動機，更適用于總線，本身的力矩—轉速特性相對易于控制，并且平滑無極調速特征較強。在永磁無刷直流電動機中，便是充分運用直流電機的調速性能。兩種電動機的選擇應該根據平流層實際情況決定，其中永磁無刷電動機的應用較為廣泛。

平流層飛艇推進裝置

當前，平流層飛艇主要以高空螺旋槳作為推進裝置中的推進器，原因在于螺旋槳質量相對較輕，能夠驅動低速飛行器。相較于普通螺旋槳設計來說，高空螺旋槳主要適用于平流層稀薄的環境。在平流層飛艇運行中，高空螺旋槳主要安裝與飛艇的艇首或者艇尾位置，并按照平流層任務、環境等合理分配螺旋槳的數量與運行效率等。

探究平流層飛艇的飛行控制策略

平流層飛艇的控制過程

首先，平流層飛艇控制模式。其一，再定點機動模式，主要借助于升降舵來保持與控制高度，并借助于推力對巡航機動或者盤旋加以控制，然后通過壓差實現控制;其二，定點保持模式，可以運用腹部矢量推力器進行保持高度，并借助于矢量推力對風干擾進行抵御，保證定點的懸停;其三，巡航跟蹤模式。這一模式同樣需要借助于升降舵控制高度，并運用升降舵與方向舵來控制姿態，借助于推理對巡航加以跟蹤。

其次，平流層飛艇平臺的控制。其一，飛艇荷載平臺的控制，主要將平臺與艇體進行連接，借助于艇體為平臺提供電能。在這過程中需要運用陀螺儀測量，并借助于反作用飛輪驅動，實現一體化線路;其二，位置調整段。借助于升降舵來控制高度，并運用推力對巡航飛行、巡航速度加以控制;其三，控制高度逼近段。運用氣囊壓力對飛艇的尾翼加以控制，調整姿態。調整速度，保證上升與下降的速度。在高度上升的過程中應該保證壓差。

平流層飛艇控制難點

其一，要準確分析可變大氣環境與風場影響下的變參數飛艇的動力變化情況;其二，要科學設計平流層飛艇的飛行壓力、飛行溫度等;其三，要準確分析氣動結構對飛行控制性能產生的影響;其四，應該合理處理平流層飛艇導航、環境測量相關信息。

結束語：

綜上所述，在近空間資源的開發利用中，平流層飛艇發揮著至關重要的作用。自從我國第一艘飛艇問世以來，人們已經積極探索飛艇技術，并作出極大貢獻。現階段，我國計算機技術、能源技術以及新技術材料等不斷涌現，使得平流層飛艇的應用發展奠定了堅實基礎。故此，為了進一步促進平流層飛艇的有效控制與推進，相關研發部門應該把握發展機遇，創新飛艇的控制技術，促進平流層的發展。

參考文獻

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