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平流层飞艇系统术语手册
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平流层飞艇系统术语手册

作者：侯中喜 等
出版社：科学出版社出版时间：2021-12-01
开本： 16开 页数： 174
本类榜单：工业技术销量榜
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平流层飞艇系统术语手册 版权信息

  • ISBN：9787030708670
  • 条形码：9787030708670 ; 978-7-03-070867-0
  • 装帧：一般胶版纸
  • 册数：暂无
  • 重量：暂无
  • 所属分类：
    工业技术
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平流层飞艇系统术语手册 本书特色

该书系统梳理我国平流层飞艇技术发展所涉及的专业术语。

平流层飞艇系统术语手册 内容简介

平流层飞艇是工作在20km高度附近的新型浮空平台，具有驻空时间久、覆盖范围广、空间分辨率高、可重复使用等优点，是当前国内外竞相发展的一种低速临近空间飞行器。本书详细描述了平流层飞艇系统术语定义，涵盖平流层飞艇平台总体、结构、能源、推进、飞控、测控、气动以及临近空间环境、地面保障系统、任务载荷等方面，适用于平流层飞艇论证、设计、制造、测试、试验、使用与维护等。 本书可供从事平流层飞艇设计、试验、管理和应用的研究人员和工程技术人员参考。

平流层飞艇系统术语手册 目录

目录
丛书序
前言
第1章 临近空间环境 1
1.1 环境基本结构 1
1.2 环境基本参数 5
1.3 环境基本现象 9
1.4 技术方法 14
1.5 环境探测 23
第2章 平流层飞艇平台 29
2.1 基本术语 29
2.2 分系统 30
2.3 运行阶段与参数 31
2.4 系统设计参数 35
第3章 平流层飞艇结构分系统 39
3.1 结构及部件 39
3.2 性能及设计参数 53
3.3 材料及组成 62
3.4 工艺 66
3.5 试验 68
第4章 平流层飞艇能源分系统 71
4.1 蓄电池 71
4.2 再生燃料电池 80
4.3 太阳电池 86
4.4 能源控制器 90
第5章 平流层飞艇推进分系统 94
5.1 组成 94
5.2 性能 95
5.3 螺旋桨 99
5.4 电机 102
5.5 减速器 105
5.6 试验与测试 107
第6章 平流层飞艇飞控分系统 110
6.1 组成与功能 110
6.2 导航子系统 112
6.3 飞控计算机子系统 115
6.4 执行机构子系统 117
6.5 技术与性能 118
6.6 试验 120
6.7 飞行力学 121
6.8 环境控制 124
第7章 平流层飞艇测控分系统 126
7.1 组成 126
7.2 性能 128
第8章 平流层飞艇气动设计 130
8.1 气动力/力矩与气动力/力矩系数 130
8.2 几何尺寸与角度 134
8.3 性能 135
8.4 气动计算 135
8.5 气动试验 140
8.6 现象 142
第9章 地面保障与试验 149
9.1 地面保障 149
9.2 试验与运行 151
第10章 有效载荷 153
10.1 载荷类型 153
10.2 载荷参数 154
参考文献 157
索引 159
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平流层飞艇系统术语手册 节选

第1章 临近空间环境 1.1 环境基本结构 1. 大气层 (atmosphere) 在地球引力作用下围绕地球的一个混合气体层。大气层中空气密度、温度、压强等参数都随高度变化。大气层总质量的 90％集中在离地球表面 15km 高度范围内，总质量的 99.9％集中在离地球表面 50km高度范围内。大气层没有明显上限，其各状态参数沿铅垂方向变化很大，例如，空气压强和密度都随高度增加而降低，温度随高度变化有很大差异。 根据状态参数随高度变化的特点，大气层可划分为对流层、平流层、中间层、热层、散逸层。各层上界分别为对流层顶、平流层顶、中间层顶和热层顶，如图 1.1 所示 (散逸层指热层以上部分，图中未标)。 2. 临近空间 (near space) 一般指距地球表面 20～100km 高度之间的空间范围，它在常规航空器飞行高度之上，常规航天器轨道高度之下。临近空间包括大气层中平流层的大部分、中间层的全部和热层的一部分。 3. 对流层 (troposphere) 接近地面的、具有明显对流运动的大气层，从地面延伸到对流层顶。对流层厚度与纬度和季节有关，赤道地区 16～18km，两极 7～10km，中纬度 10～12km，一般冬季薄，夏季厚。对流层大气质量约占地球大气总质量的 80％。 对流层是天气发生变化的主要区域，主要气象特点为：气温随高度升高而降低；风向风速经常变化；垂直对流剧烈；有云、雨、雾、雪等天气现象；集中了大气中的大部分水汽。温度递减率平均为 6.5℃/km，随地域、季节和天气有较大差异，对流层顶气温在中纬度地区约 .52℃，在极地 (高纬度地区) 约 .45℃，在赤道地区 (低纬度地区) 约 .75℃。平流层飞艇的上升、下降过程需要穿越对流层，对流层风场、温度、湿度、闪电等气象要素与天气过程对平流层飞艇的安全升降有重要影响。 图 1.1 中纬度地区标准大气垂直结构 4. 对流层顶 (tropopause) 对流层与平流层之间的过渡层，其温度随高度近于不变或逆温。 对流层顶高度和温度随纬度和季节的不同而变化，且与大气活动有关，一般来说，赤道地区高度约 17km，两极附近约 9km。 5. 平流层 (stratosphere) 自对流层顶到距地面高度约 50km 之间的大气层。平流层大气以水平方向流动为主，没有强烈的对流运动，气流平稳，水汽、杂质极少，能见度好。 平流层臭氧 (O3) 含量约占大气中总量的 90％。平流层气温受地面影响小，但在 30km 高度以上，臭氧层会大量吸收太阳紫外线而使气温升高。自对流层顶向上，温度随高度不变或微升，约 30km 高度后快速升高，到平流层顶可达 270～290K。由于高度较对流层高，平流层太阳辐射含有更多的短波紫外辐射。 由于水平气态成分混合比垂直混合快，平流层是一个放射性、动力学及化学过程都有强烈反应的区域，存在一些较特殊的现象，如发生于热带地区的准两年振荡 (quasi-biennial oscillation，QBO)，以及发生于高纬度地区冬春季的爆发性增温等。 平流层飞艇驻空阶段一般处于平流层底部，大气密度、温度、风场环境、臭氧分布、辐照等气象要素均对驻空性能有重要影响。 6. 平流层顶 (stratopause) 平流层与中间层的过渡层，在高度 50～55km 处，大气中的臭氧到此基本消失，温度梯度转变为随高度增高而减小。 7. 中间层 (mesosphere) 平流层以上、热层以下的大气层，高度范围 50～85km。中间层的热量主要来自平流层，且几乎没有臭氧吸收太阳紫外线，温度随高度增加而降低，至 80km 处降至 160～190K。 8. 热层 (thermosphere) 中间层顶界至高度约 800km 之间的大气层。热层空气密度很小，由于直接受太阳短波辐射，空气处于高度电离状态，温度随高度增加而升高。 9. 散逸层 (exosphere) 热层顶界以上的大气区域，是地球大气*外层。散逸层空气极其稀薄，由于受地球引力弱，大气分子不断向星际空间逃逸。 10. 准零风层 (quasi-zero wind layer) 一般是指平流层下层 20km 高度附近上下层纬向风风向相反，南北风分量很小的大气层。具体来说，准零风层内，下层的西风折转为上层的东风，纬向风风速较小，南北风分量也很小。准零风层是平流层飞行器的理想工作环境，非常有利于持久驻空、能源闭环、动力控制等实现。平流层准零风层结构随经纬度、季节而变化。根据准零风层随纬度变化的特性，中国上空可分成三个区域：低纬地区 (5.N～20.N)，中低纬过渡区域 (20.N～32.5.N)、中高纬地区 (32.5.N～55.N)。 低纬地区一般在冬季和初春存在准零风层；中高纬地区一般在春末和夏季存在准零风层；中低纬过渡区域是否存在准零风层还与 QBO 有关，QBO 东风相位时，过渡区域特性偏向中纬区域，QBO 西风相位时，过渡区域特性偏向低纬特性。准零风层高度范围内 (17～25 km) 的其他纬度和季节虽不存在准零风层，但平均风速很小。 11. 大气边界层 (atmospheric boundary layer) 靠近地球表面、受地面摩擦阻力影响的大气层区域。大气流过地面时，地面上各种粗糙元会使大气流动受阻，摩擦阻力由于大气中的湍流而向上传递，随高度增加而逐渐减弱。大气边界层的厚度随气象条件、地形、地面粗糙度而变化，大致为自地面至距地表 1～1.5km 高度的范围。 大气边界层内，风速、温度、湿度等都有明显的、随高度减弱的日变化，风速随高度增加而逐渐增大，大气流动随机性大，基本都是湍流流动。 平流层飞艇在出库、转运、放飞、返场等阶段，受大气边界层环境影响严重。 12. 臭氧层 (ozone layer) 大气层中臭氧浓度较高的区域，一般指 20～50km 高度范围，其中，20～35km 区域臭氧浓度*大。不同地区臭氧层差异显著，赤道附近*厚，两极变薄。 臭氧能吸收掉大部分太阳紫外辐射，引起加热作用，影响大气温度层结和环流。臭氧分布随纬度和季节变化而不同，总量存在日变化，浓度随高度变化具有不连续或突变现象。 臭氧具有强氧化性，对平流层飞艇的囊体材料、太阳电池等部组件具有一定老化作用。 1.2 环境基本参数 1. 大气稳定度 (atmospheric stability) 在浮力作用下空气微团垂直方向运动的稳定性，以平均温度梯度或反映浮力做功的指标为判据。若位温随高度增加而递减，浮力做功增加空气微团的动能，上下运动能继续发展，称为静力学不稳定；若位温随高度增加而递增 (逆温)，空气微团反抗重力做功损耗动能，上下运动受到抑制，称为静力学稳定；当空气微团处于随意平衡状态时，称为中性稳定度。 2. 风速 (wind speed) 空气相对于地面某一固定点的运动速率，包括水平风速和垂直风速，一般不特指的情况下为前者，是指单位时间内空气相对于地面移动的水平距离。在气象上，风速的大小可用风的级别来表示，风的级别根据风对地面物体的影响程度而确定，目前一般按风力大小划分为十二个等级。 对于平流层飞艇而言，风速直接影响其飞行航迹、持久驻空能力和飞行控制能力。 3. 风向 (wind direction) 风的来向，可以用自由转动的风向标测定，用方位或角度表示，另加无风及无定向风两类。 图 1.2 风向方位图 风向观测一般用 16 个方位来表示 (图 1.2)，包括东 (E)、南 (S)、西 (W)、北 ( N)、东南 (SE)、西南 (SW)、西北 (NW)、东北 (NE) 八个常用基本方位，另加北东北 (NNE)、东东北 (ENE)、东东南 (ESE)、

平流层飞艇系统术语手册 作者简介

侯中喜，男，1973年生，陕西宝鸡人，国防科技大学教授、博士生导师，空天科学学院副院长。被聘为国家某重大专项专家委委员、专家组副组长，秘书长；担任军委科技委某主题专家组专家、专题组首席科学家、重大专项领域专家等。 现任教育部空天工程技术中心委员，湖南飞艇工程研究中心副主任，厦门智能空天飞行器研究中心主任。主要从事优选飞行器系统与智能集群技术的创新研究工作，负责自然科学基金、国家863计划、国家重大专项等重点课题30余项。获军队教学成果二等奖1项；获军队和省部级科技成果奖二等奖2项，发表学术论文90余篇，出版教材和专著5部，授权50余项。

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