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临近空间再生能源系统技术

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广东广州

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作者韩喻杨希祥杨洋等

出版社国防工业出版社

ISBN9787118123784

出版时间2021-09

装帧平装

开本其他

定价66元

货号11544665

上书时间2025-01-02

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商品详情

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商品描述: 目录
1 临近空间与临近空间低速飞行器1.1 临近空间1.1.1 临近空间概念1.1.2 临近空间环境特点1.2 临近空间低速飞行器分类与研究1.2.1 临近空间飞艇1.2.2 临近空间太阳能无人机2 临近空间低速飞行器能源系统设计2.1 临近空间低速飞行器能源需求2.1.1 临近空间飞艇能源需求分析2.1.2 临近空间飞机能源需求分析2.1.3 能源系统与其他分系统的兼容性设计问题2.2 临近空间低速飞行器再生能源系统设计原则2.3 临近空间低速飞行器再生能源系统技术路线2.3.1 发电技术路线2.3.2 储能技术路线2.3.3 能源管理与传输技术路线2.4 平流层飞艇再生能源系统仿真建模2.4.1 系统描述2.4.2 坐标系定义2.4.3 太阳空间位置与辐射强度2.4.4 再生能源系统仿真模型2.4.5 再生能源系统昼夜闭环模型2.4.6 再生能源系统昼夜运行仿真方法3 太阳电池技术3.1 太阳电池技术概况3.2 薄膜太阳电池技术3.2.1 硅基薄膜太阳电池技术3.2.2 铜铟镓硒薄膜太阳电池技术3.2.3 砷化镓薄膜太阳电池技术3.3 薄晶硅太阳电池技术4 储能电池技术4.1锂离子电池技术4.2锂硫电池技术4.3再生燃料电池技术5 新一代能源技术5.1钙钛矿太阳电池技术5.2 锂-空气电池技术5.3 一体式再生燃料电池技术5.4 无线能源传输技术6 展望6.1 临近空间低速飞行器发电技术发展趋势6.2 临近空间低速飞行器储能技术发展趋势6.3 临近空间低速飞行器电源管理发展趋势

内容摘要
第1章临近空间与临近空间低速飞行器
1.1临近空间
人类对自然环境的拓展和利用，经历了从陆地到海洋、到空中、再到太空的过程。近20年来，随着科学技术发展和人类对大气环境认知的深化，处于传统航空与航天过渡区域的临近空间受到高度重视，成为各国竞相抢占的新兴战略领域。
1.1.1临近空间概念
地球大气层按温度随高度的变化特征，自地面向上可依次分为对流层、平流层、中间层、热层和外大气层[1]。对流层是地球大气的最低层，中纬度地区上界平均高度约10~12km，不同纬度地区存在较大差异，气温随高度递减，对流层上界（对流层顶）气温最低；自对流层顶到50~55km高度附近为平流层，臭氧含量高，吸收大量太阳紫外线，使气温升高，导致该层内气温随高度递增呈逆温分布，平流层顶气温达最高；从平流层顶到85km高度附近为中间层，气温随高度增加而降低，中间层存在强烈对流运动，又称为高空对流层；从中间层顶至300～500km高度为热层，随高度增加气温迅速升高，热层空气密度很小，在太阳紫外线和宇宙射线的作用下，氧分子和部分氮分子被分解，而且处于高度电离状态，因此热层又称为电离层；热层顶以上的大气层称为外大气层。
临近空间又称为近空间，是指高于传统航空器飞行器高度，低于传统航天器轨道高度的空天结合区域，一般认为其高度距地面20~100km，包括平流层的大部、中间层的全部和热层的底部。
1.1.2临近空间环境特点
临近空间独特的环境特征对临近空间飞行器系统与运行具有重要影响。对飞行器能源系统而言，在诸多环境因素中，温度、压力、臭氧和紫外辐射影响较大。例如，能源系统中的储能组件性能对温度较敏感，目前经常使用的锂离子电池在低于-40℃环境温度时放电能力下降20%以上，而当温度下降至一定程度时甚至无法工作。再如，昼夜温度差以及向、背阳面的温差，要求太阳电池组件使用的材料可适应温度骤变，否则材料易发脆失效；低气压会导致储能组件性能下降，增加太阳电池组件低压放电风险；臭氧和紫外环境会对直接暴露于临近空间环境中的太阳电池组件材料造成损伤。
临近空间范围内，平流层环境不存在对流层那样强烈的对流运动，气象条件和电磁特性较为稳定，大气以水平运动为主，夏季中高纬度地区，高层的东风环流和低层的西风环流之间存在一个风速较弱的低速风带，特别适合飞行器以较小能源代价实现长时工作，是当前临近空间领域研究和应用的重点。下面重点介绍平流层的环境特征[2]。
1.温度特征
在平流层底部，温度随高度变化较小，随纬度增加，保持温度变化较小的高度区域增大；随后温度随高度上升，平均气温垂直递减率为-3~-2℃/km，在平流层顶部温度可达-17~-3℃，而且年平均气温随纬度增加而升高（图1-1）。高纬度地区温度受季节影响较低纬度地区更为明显。同时，平流层昼夜温差变化很大，范围为-75～-30℃。
2．大气压力特征
地球大气压力随高度呈指数递减，距离地面0~80km高度范围内，年平均气压从1.01×10Pa降至1.0Pa左右。在20km高度附近，大气压力约为5×103Pa，约为地面大气压力的5%。年平均气压随纬度增加而减小这种差异随高度增加迅速减缓。高纬度地区气压受季节影响较低纬度地区显著，但随高度增加，季节影响逐渐变小。
3．臭氧特征
臭氧是平流层中最重要的微量成分。其产生是因为氧气分子吸收太阳光谱中紫外光的能量分解为氧原子，氧原子在不参与反应的第三方分子（如氮分子）作用下，可联合一个氧分子生成一个臭氧分子。同时，臭氧分子也可以吸收光能分解为一个氧分子和一个氧原子。在一定条件下上述反应达到平衡后，臭……

精彩内容
本书主要介绍了临近空间与临近空间低速飞行器，包括临近空间概念及其环境特点和现有临近空间低速飞行器的能源系统情况。临近空间低速飞行器能源系统设计，根据临近空间低速飞行器总体设计对能源系统的需求分析，依据再生能源系统设计方法，分解各分系统需求及介绍可选择的技术路线，并对临近空间再生能源系统进行建模仿真设计。论述了临近空间飞行器再生能源系统中涉及的太阳电池、储能电池、燃料电池等关键技术。阐述了新一代能源技术，主要介绍具有代表性的几种有望用于临近空间飞行器的下一代能源技术，主要对现在临近空间飞行器采用的再生能源系统主要技术路径的后续发展重点及趋势进行预测。

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