Оптимизация режимов полета и характеристик аппарата с электрической силовой установкой

• Автор: Серохвостов, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 05.07.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Жуковский
• Количество страниц: 191 с. : ил

Оглавление
Введение

1. Постановка задачи

1.1. Возможные применения летательных аппаратов с электрической

силовой установкой и их формализация

1.2. Основные этапы полета аппарата

1.3. Математическая постановка задач поиска оптимального управления

аппаратом

2. Модель функционирования отдельных подсистем самолета и

силовой установки как целого

2.1. Воздушный винт
2.2. Двигатель
2.3. Фотоэлементы
2.4. Батарея аккумуляторов
2.5. Уравнения аэродинамики
2.6. Электрическая схема включения. Электрические соотношения
3. Решение и анализ задач управления при полете только на энергии
аккумуляторов
3.1. Задача о максимизации времени полета в рамках упрощенной модели..
3.2. Задача о максимизации времени полета на аккумуляторах в рамках
строгой модели
3.3. Задача о полете на максимальную дальность в рамках упрощенной
модели
3.4. Полет при наличии ветра
3.5. Рекомендации по проектированию электрической силовой установки..
3.6. Заключительные замечания по главе
4. Решение и анализ задач управления в случае дистанционного
подвода энергии
4.1. Задача о максимизации времени полета солнечного самолета без
ограничений на траекторию в рамках упрощенной модели
4.2. Максимизация времени полета без ограничений на траекторию в
рамках строгой модели
4.3. Максимизация времени полета по заданной траектории в рамках
упрощенной модели
4.4. Максимизация дальности полета по заданной траектории в рамках
упрощенной модели
4.5. Перелет из точки в точку в рамках упрощенной модели
4.6. Максимизация остатка энергии аккумуляторов при перелете из
точки в точку при наличии ветра
4.7-. Полет внутри ограниченного пространства
4.8. Рекомендации по проектированию электрической силовой установки
4.9. Заключительные замечания
Выводы
Литература
Приложение 1. Уточнение зависимостей характеристик винта от
внутренних и внешних параметров
Приложение 2. Экспериментальное исследование угловых
характеристик фотоэлемента
Рисунки
Введение
В последние несколько десятилетий наблюдается р»___ беспилотным (БПЛА) и дистанционно пилотируемым летател*^^ Нтереса к (ДПЛА), в том числе и с электрической силовой установкой. ** апгхаРатам
^ ОРТ
целым рядом причин, среди которых МОЖНО отметить сдедующь^е _ Ясняется
- отсутствие пилота на борту делает ненужа^. жизнеобеспечения и снимает антропометрические СИстемы
компоновку аппарата. В частности, это позволяет со^ ^яия На
достаточно малых размеров (с характерными размерах^ апггарат
нескольких десятков сантиметров), йп-Чоть до
- - снимаются ограничения на время беспосадочного связанные с жизнедеятельностью экипажа, аГ'г'аРата;
- снимаются психологические и моральные проблемы,
V Р --у
возможной гибелью экипайа при аварии, ^Яые с
- появляется возможность использования аппарата в небз1аг для человека районах (с высоким радиоактивным фоном, & вредных веществ, повышенной температурой и т.п.). 1®Р°сами Существующие в настоящее время летательные аппараты молсщ
на использующие углеводородное топливо и аппараты с элйк__ ЙЗдеаИть силовыми установками. лчма
Летательный аппарат (ЛА), использующий традиционное угдей

топливо, может находиться в воздухе только вполне определецН(^ Р°4«ое
соответствующее запасу горючего (например, в настоящее время К0|^ ЫойЬгор Оготтап создан самолет "Глобал Хоук" [1], которщ. Рани®й находиться в воздухе более суток). Теоретически возможен такз^ ^°*ет дозаправки в воздухе, однако до настоящего времени он еще не был для БПЛА. В случае же самолета с электрической силовой ус ва,і появляется возможность дистанционного подвода энергии к аппа„ 1соіі
** *ри

Гг=1-Л& (2.30)
Солнечный свет является некогерентным и неполяризованным, поэтому суммарный коэффициент поглощения есть среднее арифметическое от коэффициентов поглощения для разных направлений поляризации [38].
На рис. 6 приводятся угловые характеристики полученных на основании (2.28)-(2.30) коэффициентов поглощения энергии для различных значений диэлектрической проницаемости и проводимости материала. Отметим, что для кремния вещественная часть коэффициента преломления равна примерно 3.4, для арсенида галлия - 3.53 [39].
Видно, что в широком диапазоне углов падения излучения (0°-60° по отношению к нормали к фотоэлементу) коэффициент поглощения практически постоянен, а при угле падения 70° коэффициент поглощения изменяется примерно на 10%. Это означает, что в этом диапазоне углов угловая зависимость определяется только проекцией площади принимающей поверхности на плоскость, нормальную к распространению луча. Отсюда, если при нормальном падении излучения на фотоэлемент
1м=1мо<

7м«Лясозр. (2.31)
Очевидно, что полученные зависимости, строго говоря, справедливы только для гладкой однородной поверхности монокристалла. Промышленные образцы фотоэлементов представляют собой поликристалл (см. рис. 7), поэтому для. верификации полученных результатов нужно либо провести более тщательный анализ (возможно, с использованием численных процедур), либо поставить эксперимент. Результаты проведенного эксперимента, который подробно изложен в приложении 2, говорят в пользу того, что в указанном диапазоне углов можно считать постоянным коэффициент поглощения материала фотоэлемента.