3。2。2 对流层环境 13

3。2。3 平流层环境 14

3。2。4 风速模型 14

3。2。5 重力加速度的工程模型 15

3。3 飞艇的基本设计参数 15

3。4 本章小结 15

第四章 飞艇的太阳辐射计算方法 16

4。1 概述 16

4。2 辐射换热 16

4。2。1 太阳直射辐射 16

4。2。2 天空的散射辐射 17

4。2。3 太阳反射辐射 17

4。3 对于平面的辐射换热 18

4。4 对于曲面的辐射换热 19

第五章 飞艇的辐射计算结果 21

5。1 概述 21

5。2 飞艇太阳辐射与纬度之间的关系 22

5。3 飞艇太阳辐射与工作日期之间的关系 23

5。4 飞艇太阳辐射与工作时刻之间的关系 24

5。5 飞艇太阳辐射在不同时刻受纬度的影响 25

结语 27

致谢 28

参考文献 29

第一章 绪论

1。1 研究的背景和意义

平流层在地理上是指海拔约 20-50km 的区域，其大气层构造相对稳定，主要以平流 为主，极少对流运动，垂直风速比水平风速小 1-2 个量级。平流层飞行器是一种在平流 层定点或者定路线飞行，并搭载相应的任务负载，执行特定任务的飞行器。平流层飞行 器相对于其他种类飞行器，优点是停留时间长、造价经济性价比高、覆盖范围广、地面 控制相对迅速，是近几十年来许多国家争相发展的重点领域之一。由氮气组成的平流层 太阳能飞艇（SPA）被各国重视，有望代替卫星执行任务包括侦察和通信等，平流层太 阳能飞艇可悬停在距离地面 20km 的高度定点位置进行侦察任务，对地面的覆盖范围可 达方圆 1000km。目前国内对于平流层飞艇的研究还处于初级阶段，我国试飞的飞艇尺寸 较小，飞行高度较低，所以覆盖范围小，可用性不高，主要原因是能源续航以及动力的 不足。

为了长期执行定点监察，必需要供给飞艇长期运行的动力所需要的电能和飞艇上的 气象等负载所需求的电能。由于是在平流层，太阳能作为一次能源中的可再生能源，它 具有无污染、可再生、使用时候无飞艇的质量损失的优点，因此，太阳能技术的发展是 飞艇发展的关键，所以能源系统设计的核心技术之一是薄膜太阳能电池板的研究。在飞 艇的太阳能系统分析研究过程中，为了使外形模型和能源需求相对应，需要建立庞大的 数据库，因此设计出一种快速有效的能源系统数据计算方法是十分必要的。

1。2 国内外研究现状和存在的问题

1。2。1 美国的发展现状

1。2。2 日本的发展现状

1。2。3 以色列的发展现状

1。2。4 欧洲的发展现状

1。2。5 中国的发展现状

1。2。6 我国的发展展望

1。3 飞艇的结构

飞艇的结构主要包括六个大部分：

（1）飞艇的艇囊，也称为主气囊，里面充满氦气，为飞艇进行浮空飞行提供浮力， 它的设计最能反映飞艇的主体形状。艇囊的形状极大的影响了飞艇的整体性能，理想状 态下最完美的形状是椭球形[4]。目前许多软式飞艇大多是用涂有涂料的织物与薄膜夹层 材料来制成艇囊的。