平流层飞艇研制现状、技术难点及发展趋势

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstrOnauticaSinicaJan．252016V01．37No．145—56ISSN1000．6893CN11-1929／Vhttp：#hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn平流层飞艇研制现状、技术难点及发展趋势赵达，刘东旭*，孙康文，陶国权，祝明，武哲北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100083摘要：平流层飞艇研制是一项庞大复杂的系统工程，其技术攻关、系统研发及工程应用中遇到的诸多关键问题与技术难点，需要用全新的理念和创新的方案解决。综述了国内外平流层飞艇研制的进展与

2、现状，重点描述了已经开展的技术验证试飞的情况。针对平流层飞艇总体布局、超压囊体、能源系统、飞行控制和定点着陆5个方面，梳理了其技术难点、研究现状和发展趋势，从工程研制的角度探讨了相关技术难题的可行解决方案。关键词：平流层飞艇；总体设计；超压囊体；能源系统；飞行控制；定点着陆中图分类号：V11文献标识码：A文章编号：1000—6893(2016)01—0045—12平流层[11是指海拔高度为10～55km的大气空间，处于对流层与中间层之间，气流相对平稳，垂直对流小，是部署空中平台执行监视预警、通讯中继、导航定位以及环境监测等任务的比较理想的环境。平流层太阳

3、辐射强烈、空气稀薄，除平流层飞行器以外，常规飞机或卫星等均无法在此空间长时飞行。平流层飞行器按飞行速度可分为高动态飞行器和低动态飞行器，其中平流层低动态飞行器主要为长航时飞行器，包括高空气球[2q]、平流层飞艇[5。3以及太阳能飞机[81等。平流层飞艇不同于高空气球，前者具有持续动力推进，能抵御平流层风阻，实现可控飞行；另外，平流层飞艇能完成太阳能飞机所无法完成的定点飞行和长时间迎风驻留等飞行任务。正因为平流层飞艇具有可定点飞行、留空时间长、探测范围广、载荷能力强和费效比高等优点，多个国家正在开展对平流层飞艇的研究与验证[9]。1国内外现状1．1国外发展

4、现状自21世纪初，美国、日本以及欧洲等主要发达国家和区域均提出了平流层飞艇计划。美国为了弥补战时信息保障过度依赖天基平台的弱点，同时大幅度提升持久区域信息作战能力，近年来投人巨资支持了多项平流层飞艇研发项目E103，如图1所示，包括洛克希德·马丁公司的高空飞艇(HAA)[11]项目(图1(a))、探测器与结构一体化飞艇(ISIS)[12]项目(图1(b))和西南研究院的高空哨兵飞艇(HiSentinel)[1胡项目(图1(c))等；2014年8月，美国国家航空航天局(NASA)也开展了以替代卫星为目标的“平流层飞艇设计”竞赛口4](图1(d))。截至目前

5、，各项目虽然已经开展数次飞行试验，但试验过程并不顺利，多数项目的试验结果不如预期。例如2011年7月，HAA收稿日期：2015-11-09；退修日期：2015—11—22；录用日期：2015-12—07；网络出版时间：2015-12-0909：16网络出版地址：WWW．cnkinet／kcms／detail／11．1929．V．20151209．0916．004．htmI基金项目：国家自然科学基金(51307004，61503010)*通讯作者．Tel．：010-82319852E—mail：liubuaa@163．com戤用罄武I赵达，胡东旭，孙康文，

6、等．平流层飞艇研觑现状．技术难点及发展趋势[J]．航空学摄，2016，37({)：45-56．ZHAOD，LIUDX，SUNKW，etal．Researchstatus，technicaldifficultiesanddevelopmenttrendofstratosphericairshipEJJ．ActaAeronauticaetAstronauticaS加ica．2016．37({)：45-56．航空学报(c)HiSentmellll(d)Avshipchallenge“I图1美国平流层飞艇项目Fig．1Stratosphericairshippr

7、ojectsofAmerican计划的缩比验证艇(HALE—D)进行首次试飞，因副气囊阀门结冰故障导致飞艇在升致9754m时迫降，后因太阳能电池短路故障而烧毁[1u；ISIS飞艇由于系统过于复杂，计划也一直在拖延。日本在2000年就提出了长远的、分阶段实施的平流层飞艇开发计划[1⋯。日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)组织实施并开展了无动力验证飞行和多次低空技术验证试飞，积累了大量技术经验，但尚未有开展飞行样机整体集成和高空试飞演示的报道。2004年，欧盟启动了一个为期3年的CA—PANINA计划[16

8、，内容是研制基于平流层平台的宽带移动通信载荷技术。

9、2005年3月，欧盟集中欧洲各国的相关研究机构和公司，启动了“面向特殊航空航天应