（2）副气囊，是通过与主气囊组合来控制飞艇的浮力平衡的[3]。副气囊中不是充有 氦气而是空气。副气囊与主气囊相隔绝，避免两者气体交换，副气囊外部装有软管和阀 门，用来控制副气囊中空气的量。由飞艇的工作状态，计算机系统自动计算出维持浮力 所需要的空气，副气囊通过软管来进行吸气和放气。当副气囊需要排气时候，副气囊底 部的阀门会打开进行放气，然后副气囊会变瘪。绝大多数飞艇在制造中，将与主气囊相 同材料制成的半球面体的周边内嵌连接在主气囊的内下表面，使副气囊与主气囊形成一 个整体。这样就让副气囊气密舱单独的在飞艇的内部，来维持飞艇的流体性能。

（3）飞艇的吊舱和吊舱支持系统，悬挂于飞艇底部，主要用于装载有效载荷。

（4）艇首以及起落架，在地面进行维护，修理时，艇首作为承力部件，起落架负 责飞艇的起飞和着落，在飞行中艇首也有抵抗水平方向的空气阻力的作用。

（5）艇尾，装有舵面，具有对飞艇实施气动操纵的作用。

（6）飞艇的动力推进系统，即飞艇的发动机。一般飞艇采用仅可以产生水平方向 的推力的发动机。有些需要快速升降的飞艇，为了获得竖直方向的推力，使用带有方向 可调的矢量推力发动机[3]。发动机的燃料基本利用太阳能电池为能源，驱动电动机作为 动力推进装置。下图为飞艇的结构示意图。

1。4 本文主要的研究内容

图 1-2 飞艇结构示意图

本文主要研究太阳能飞艇的能源系统。主要研究内容包括:

（1） 研究了飞艇的能源动力系统的工作机制；

（2） 基于平面的太阳能辐射计算方法完成平流层飞艇曲面的太阳能辐射计算；

（3） 分析纬度、时间、季节等因素对太阳辐射量的影响；

（4） 建立飞艇表面太阳能电池接收太阳直接辐射、散射辐射、反射辐射的模型。

第二章 飞艇的能源动力系统

2。1 概述

飞艇的能源动力系统是平流层飞艇平台研制的核心技术之一。平流层飞艇的高空作 业工况复杂多变，不同的飞行任务，如定点，定姿，巡航，盘旋，抗风飞行等对能源需 求也不同[5]。由于飞艇具有悬停时间长的要求，外界风场具有不确定性，因此飞艇对于 能源系统的可靠性要求更高。因此为了保证飞艇长时间飞行所需要的能源供给，他的能 源系统一定是由太阳能电池阵列和储存能源的电池组组成。太阳能电池技术和可再生能 源电池的研究日益完善，已经可以解决平流层飞艇的能源需求问题。平流层飞艇的能源 系统设计原则就是使飞艇所需要的能源和可获得的能源达到平衡，满足这个原则才能满 足飞艇在只有太阳能的获取条件下进行长时间飞行。由于一般任务飞艇只能承载较低重 量的载荷，只有使能源系统的重量减小，并且获取更多能量，才能更大的发挥飞艇的作 用，现在平流层飞艇普遍采用薄膜太阳能电池阵来获取能量，采用可再生氢氧燃料电池 来储存能量。薄膜太阳能电池充分满足了轻质量的要求，并且具有可弯曲的优点，可以 完美贴合在飞艇曲面囊体的表面。薄膜太阳能电池一般采用非晶硅薄膜太阳能电池阵， 它与空间站相比，前者重量约为 远低于后者 的重量。飞艇的储能原 件一般采用可再生氢氧燃料电池，它的比能量是锂离子电池的 3 到 4 倍。因此，现代飞 艇通常采用薄膜太阳能电池阵和可再生氢氧燃料电池系统作为它的能源系统[6]。

2。2 能源系统的构成

太阳能飞艇的能源系统维持着飞艇的推进和巡航，它包括：薄膜太阳能电池阵列， 氢氧燃料电池，能源管理系统和推进系统等[7]。薄膜太阳能电池和氢氧燃料电池协同作 用，薄膜太阳能电池阵铺设在飞艇的表面，白天通过太阳的辐射把太阳能转换为电能， 为飞艇运行和载荷的能量来源，剩下的电能通过电解质放电过程，存储在氢氧燃料电池 组中，补充夜间飞艇运行所需要的能量。到了夜晚，依靠氢氧燃料电池组的放电过程， 可以提供能量给飞艇的载荷工作。图 2-1 为平流层飞艇能源系统的示意图。