临近空间太阳能无人机因飞行所在高度空气稀薄,其机体结构设计往往具有超大翼展、超大展弦比等特点,为了获得更高承载效率的机体结构,具有轻质、高强、高模、可设计性好的碳纤维复合材料成为了新材料选用的翘楚。本文对碳纤维复合材料在临近空间太阳能无人机上应用的优势、现状和未来需求进行了分析与展望。

临近空间飞行器的飞行能力与电源系统密切相关,轻质高能的蓄电池组是其长航时飞行的关键和瓶颈技术之一。与其他类型的电池相比,硅碳软包电池具有高能量密度及尺寸和容量可定制的特点。然而,由于软包电池采用铝塑膜封装,结构刚度较低,电池电性能会受到外部条件的强烈影响。特别是在低气压环境下,软包电池的外部压力是影响电性能、循环寿命和结构强度的关键因素。因此,对硅碳软包电池的压力进行优化设计已经成为电池组设计的关键。本文通过测试,在不同的外部压力下软包单体电池内部的压力、容量和温度变化,研究了硅碳软包电池的循环特性与压力之间的关系。根据测试结果,设计了一种轻量化电芯夹紧结构对软包电池施加适当的压力,并制定了电池模组装配的工艺策略。验证测试结果表明,通过采用所提出的设计,可以提高低气压环境下的电源系统性能。

本文对系留气球收放系统的安全性进行冗余设计。首先,分析了系留气球收放系统的运行原理,并给出控制框图;其次,对系留气球收放系统进行故障模式分析,得出系统中主要的薄弱部分;最后对系留气球系统的绞盘、控制设备等部分进行了冗余设计。