工程熱物理所在集群組合式柔性太陽能無人機研究中獲進展
發布時間：2021/10/19 16:55:28編輯：Ma Liang
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臨近空間太陽能無人機以大中型無人機為平臺主體，飛行于數千米以上中高空及臨近空間，具有展弦比大、留空時間長、任務范圍大、效用廣、生存能力強的特點，已成為當前國際國內工程和學術領域的熱門研究方向。總體而言，一些關鍵技術難點仍需要進一步突破和驗證。例如，太陽能無人機具有展弦比大，機翼載荷小的特點，易導致較大的撓度和變形，并存在可靠性低、載荷能力弱、機場起降條件嚴格等局限，亟須尋找新的突破方向。
融合高空長航時無人機兩類平臺的性能和任務優勢，面向集群無人機創新發展，中國科學院工程熱物理研究所發展出一種結構新型的組合式無人機（圖1），將高空長航時和集群智能化相結合，旨在發展面向多類空域融合運用的技術體系和裝備平臺。組合式柔性太陽能無人機以低成本、高可靠、易群組的中小型太陽能無人機為基本單元，是數架單機通過柔性結構連接組成的協同整體，具有可拆分可重組特性，同時具有小型集群無人機和大型無人機的優勢，可以實現模塊化組合拆分，通過將多個小型太陽能無人機柔性組合成整體，形成超大翼展組合式太陽能無人機（圖2）。科研人員針對不同狀態下組合式太陽能無人機的氣動特性進行了研究與分析（圖3），并結合常規太陽能無人機的飛行策略，設計了一種以能源效用最大化為目標的組合式太陽能無人機飛行策略。研究結合該飛行策略提出了一種組合式太陽能無人機的航跡規劃算法，解決了組合式太陽能無人機以任務為導向的航跡規劃問題。將研究結果與傳統常規布局太陽能無人機路徑優化結果進行比較（圖4），結果表明組合式太陽能無人機在晝夜能量閉環的前提下能夠具有更多的任務優勢，且該協同規劃算法能夠解決更復雜應用場景下的航跡規劃問題。目前，實驗室正在進行組合式縮比驗證樣機的總體設計及制造，下一階段將開展組合式無人機的技術驗證和試飛試驗。
相關研究成果發表在Chinese Journal of Aeronautics上。研究工作得到國家自然科學基金的支持。
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