变体飞艇太阳能电池阵列工作特性的影响因素EI北大核心CSCD

太阳能电池阵列是近空间变体飞艇的主要能源系统,决定着飞艇的性能。根据变体飞艇的特性,针对变体太阳能飞艇,建立巡航状态下的太阳能电池阵列的几何模型和太阳辐射模型。利用模型,根据太阳辐射和飞艇飞行高度的变化,计算太阳辐射强度和太阳能电池阵列接收功率,绘制太阳能电池阵列接受的有效辐射强度云图。结果表明:正午功效是早晚的3～4倍;当太阳高度较低时,飞艇偏航角对阵列所接受的有效强度分布和功率有一定影响;季节对阵列有效强度分布和正午功率有较大影响;纬度位置影响飞艇功率变化和所产生的总能量;电池布置在艇体顶部获取更多能量。     

复合姿态下飞艇表面太阳辐射计算方法研究

飞艇在空间热辐射环境下的超热特性,会引起系统净浮力昼夜周期性变化,对其工作能力构成较大的影响。本文通过引入飞艇航向角、俯仰角、横滚角以及太阳高度角和方位角等参数,对飞艇表面受辐射强度的分布特性进行研究分析,提出了复合姿态下表面太阳辐射热流分布的通用计算方法,为其他形态的热辐射计算、太阳能电池阵列布置及后续飞艇传热模型研究提供必要的基础。     

量子点敏化太阳能电池研究进展

综述了量子点敏化太阳能电池的结构、工作原理和量子点敏化剂的特性,并根据量子点敏化剂的组成进行分类,分别介绍了近期研究进展.量子点敏化剂的结构以及宽带隙材料的纳米结构对太阳能电池的性能都有影响,若制备的敏化剂粒径呈梯度分布,则可充分发挥量子点敏化剂的宽吸收特性;量子点和垂直生长在导电衬底上的一维纳米线或纳米管阵列相结合,光生电子直接传输到电极,能有效提高量子点敏化太阳能电池的效率.最后,结合现存问题提出了今后的研究方向.     

太阳辐射作用下钢管膨胀混凝土界面性能试验与分析

太阳辐射作用是影响钢管混凝土截面非线性温度分布进而造成其界面脱粘的重要环境因素,而采用核心膨胀混凝土是钢管混凝土界面性能优化的重要方法。设计了8种不同膨胀剂掺量钢管混凝土试件,采用太阳辐射模拟器对其进行太阳辐射作用下的界面性能试验研究,分析了钢管和混凝土的温度和应变时程以及沿光照方向的截面温度梯度模式,结合热传导理论和有限元法,探究了混凝土自应力对太阳辐射作用下钢管混凝土截面温度应力、光照作用所引起的界面径向应力变化、界面间隙部位和大小变化的影响。研究结果表明:混凝土自应力可有效地改善太阳辐射作用下钢管混凝土的界面受力性能,避免其截面不同部位由于较大的温度应力梯度所引起的界面脱粘;同时,混凝土自应力对太阳辐射作用下的钢管混凝土界面间隙产生部位及其大小变化有一定影响。     

飞艇大攻角绕流气动特性模拟及湍流模型与参数影响研究

飞艇大攻角绕流作为一种典型的分离与漩涡流动,相关研究具有较高难度和十分重要的意义。该文基于数值模拟方法,研究了飞艇大攻角绕流条件下的气动特性,分析了湍流模型选择和湍流强度设置等关键因素对模拟结果的影响。气动力、压力系数、流场显示细节等结果表明:SST 模型和Realizable 均能较准确地模拟飞艇周边流体流动现象,计算得到的气动参数和实验结果吻合良好,而S-A模型和实验存在较大差异;同时发现湍流强度对飞艇气动力存在较大影响,升阻力系数在湍流强度I > 0.5%时随之线性增长。进一步引入了等效雷诺数的概念,证明与原始雷诺数类似,等效雷诺数对气动力影响存在相应的敏感区间,在计算和实验中值得加以注意。     

沥青路面温度场的分布规律研究

路面结构持续经受着各种环境因素的综合作用,这种作用的结果集中体现为路面温度场的复杂分布。深入地研究了环境因素对路面温度场的影响机制和路面温度场的分布规律后发现,气温和太阳辐射强度是影响沥青路面温度场的主要因素,二者对沥青路面温度场的影响具有累积性和滞后性的特点。通过对我国多个地区路面温度实测数据和气象资料进行回归分析,建立了以气温、太阳辐射强度和路面深度为主要输入参数的沥青路面温度场预估模型。     

基于双轴拉伸试验的飞艇蒙皮材料非线性分析

飞艇蒙皮为多功能层压织物材料,力学行为呈现复杂的非线性,合理表征其非线性的力学模型对飞艇结构设计与分析至关重要。本文对飞艇蒙皮材料试件进行了7个应力比双轴拉伸试验,基于正交异性材料模型,采用应变残差平方和最小方法计算弹性常数,建立线性力学模型;根据试验数据建立应力弹性常数响应面,建立以应力为变量的完整三次式非线性力学模型。并根据此力学模型建立飞艇蒙皮材料有限元分析模型,通过数值模拟七种应力比下的双轴拉伸试验,分析结果的应力分布和分缝位移与试验现象一致。将分析得到的应力-应变曲线与试验结果进行对比,两者能很好的吻合,表明非线性力学模型及分析方法适用于飞艇结构分析。     

含初始裂纹的平流层飞艇用蒙皮薄膜撕裂行为

为了研究含初始裂纹蒙皮薄膜的抗撕裂行为,选用Kevlar纤维增强的具有预制初始裂纹切口(PIC)的平流层飞艇用蒙皮薄膜,采用弹塑性断裂力学平面应力分析方法,考虑经纬向纱束之间的滑移摩擦效应,分析了薄膜裂纹尖端的撕裂强度与变形形式,建立了裂纹尖端撕裂物理模型和基于摩擦效应修正的等差法拉伸变形计算模型,获得了裂纹尖端应力集中区的应力分布。为验证计算模型的合理性,分别对PIC长度为10、20、30及40mm的试样进行了撕裂强度试验。结果表明:当PIC宽度比率不超过0.50时,模型计算值与试验值的误差小于4.12%;与改进的应力强度因子法相比,所建计算模型具有更高的计算精度,为平流层飞艇蒙皮撕裂强度的设计提供了一种有效的方法。     

考虑水泥水化放热与太阳辐射的混凝土路面板温度场数值模拟

为了考察不同强度等级混凝土路面板不同季节、不同浇注时间的温度变化规律,建立了基于有限差分方法的综合考虑水化放热以及太阳辐射、大气温度变化等环境作用下路面板温度场数值计算模型。计算结果显示:混凝土路面板温度受太阳辐射和大气温度影响呈周期性变化,白天主要受太阳辐射影响,夜间主要受大气温降影响,浇注初期的水化放热亦对早期温升有贡献。混凝土路面板顶面与底面温度差以1d 为周期正负循环。其中温度变化幅度及上下面最大温差以夏季最大、秋冬次之、冬季最小。下午2 点浇注和采用较低强度的混凝土可抑制路面板的早期温升和温度梯度。     

太阳能无人机的研制

研制了翼展4.8m的太阳能无人机,光照强度较大时由太阳能电池直接为动力系统供电,光照不足时由锂电池进行供电。通过Profili软件对机翼分析后,采用具有大展弦比的机翼GOE500;太阳能电源由72片太阳能电池组成,最大功率可达288W;在翼肋上表面利用超透薄蒙皮对太阳能电池片进行保护,并封装在翼肋中。测试表明,由于飞行姿态和负载的变化,太阳能电池的输出功率具有波动性;平飞巡航功率只需80W;当太阳能电池输出功率在130W以上时,太阳能无人机可成功进行高度爬升。     

基于显微光学成像的微细纤维测量识别系统光源优化研究

显微光学成像的纤维识别系统的照明光源,对成像质量有很大影响。由于单个LED光源发光功率有限,且在照射面的光分布不均,导致系统采集到的微纳米级纤维(单丝平均直径15～40μm)图像模糊,影响测量与识别结果的准确性。根据LED的光学特性,对系统的照明光源进行优化设计,设计了3种不同的LED平面光源阵列,并根据LED阵列光源在照射面上的照度表达式,仿真模拟给出LED阵列的照度分布,并以实验进行验证,对系统实际检测的图像进行图像识别处理和图像参数峰值信噪比评价,给出优化结果。研究结果表明,优化后的LED平面光源阵列有效地解决了照度不均导致的微细纤维图像模糊识别不清的问题,优化后得到的纤维样品图像边缘清晰,有效提高了系统检测纤维样品的图像质量,为微细纤维测量识别与研究提供了新的途径。     

光学间隔层对聚合物太阳能电池光学性能的影响

利用传输矩阵法系统研究了光学间隔层(ZnO)对聚合物太阳能电池光学性能的影响。研究表明,光学间隔层能有效调控活性层内部的光场分布并能提高聚合物太阳能电池的工作效率。定量地研究了活性层内部在不同间隔层厚度条件下的光电场分布和吸收光谱,当活性层厚度介于50 nm与150 nm之间时间隔层厚度的变化对短路电流密度影响较为明显。通过比较不同间隔层厚度所产生的短路电流密度,得出间隔层ZnO厚度不宜超过10 nm。     

提高太阳能电池效率的主要措施

影响太阳能电池效率主要有电学损失和光学损失。光学损失主要是表面反射，遮挡损失和电池材料本身的光谱效应特性。电量转换损失来源包括载流子损失和欧姆损失。太阳光之所以有很少的百分比转换为电能，原因归结于不管是哪一种材料的太阳能电池都不能将全部的太阳光转换为电流。晶体硅太阳电池的光谱敏感最大值没有与太阳辐射的强度最大值完全重合。     

太阳电池填充因子随日照强度变化的理论分析与计算

根据太阳电池直流模型和最大功率点数学条件,推出短路电流、开路电压、最大功率点电流和电压 以及填充因子随日照强度变化的数学关系式;并选取２个电池分别计算出在不同日照强度下上述电池参数随日 照强度的变化率。验证了短路电流和最大功率点电流是近似跟日照强度成正比,开路电压和最大功率点电压是 近似跟日照强度的自然对数成正比。并提出了填充因子随日照强度的变化关系不具有简单的函数形式,而对不 同的太阳电池其变化关系也迥异。最后用Multisim的模拟结果检验了理论分析计算的正确性。     

球形永磁阵列振动能量收集器设计与优化

为实现多方向环境能量收集,设计球形电磁式振动能量采集器。基于二维Halbach阵列设计的球面Halbach永磁阵列,较传统永磁阵列能提高线圈中磁链变化梯度,从而提高结构输出性能;建立数学解析模型,据解析结果对模型各参数进行优化;对该模型进行有限元仿真分析及实验性能测试。结果表明,该模型能有效响应空间任意方向振动,进而转化为电能;外部激励为10 Hz、激励为水平方向、负载阻值50 Ω时,该球形振动能量采集器输出电能达最大,单个线圈中最大负载功率可达0.8 mW。     

振速轴向不一致下矢量传感器阵列方位估计方法EI北大核心CSCD

针对振速轴向不一致时矢量传感器阵列的方位估计精度不高问题,提出了一种两步加权交替迭代自适应方法(two-step weighted alternating iterative approach,TWAIA)。在矢量传感器阵列稀疏信号模型中引入轴向角度偏差参数,并把重构的干扰加噪声协方差矩阵作为加权项,基于加权协方差矩阵拟合和加权最小二乘分别构建了关于稀疏信号功率和轴向偏差矩阵的代价函数。首先固定轴向偏差矩阵,采用正则化加权稀疏协方差矩阵拟合方法估计稀疏信号功率;然后固定稀疏信号功率,采用正则化加权最小二乘估计轴向偏差矩阵,并根据轴向偏差在矩阵中的分布特性,重构期望的轴向偏差矩阵,以此交替的方式迭代更新稀疏信号功率和轴向偏差矩阵,直到被估计的稀疏信号功率相较于前一次的迭代值不再变化为止。最终通过对估计的稀疏信号功率谱峰搜索即可实现声源的波达方向估计。仿真结果表明,相较于现有方位估计方法,提出的TWAIA提高了振速轴向不一致时矢量传感器阵列的方位估计精度。     

飞艇囊体薄膜材料的双向拉伸试验及结构仿真

飞艇囊体膜材的弹性常数是飞艇外形设计、结构分析、动力学分析的基础。本文根据正交异性平面应力模型假设,应用双向拉伸试验方法获得了飞艇囊体膜材HV130在不同载荷比条件下的经纬向弹性模量和泊松比。对飞艇囊体进行应力分析,得到囊体应力的理论解及环向应力和轴向应力的载荷比。根据飞艇囊体受力情况,选取对应的弹性常数,对飞艇进行不同压差条件下的静力学仿真分析。利用非接触应变测量系统测试不同压差条件下飞艇囊体的变形情况,验证了双向拉伸试验所得的弹性常数的准确性和仿真分析的可靠性。本文能为飞艇的外形设计和结构分析提供参考。      

氩气中二维射流阵列的产生与特性研究

阵列型射流放电等离子体克服了单管射流放电处理面积小的缺点,是获得大面积等离子体和提高处理灵活性的有效方式。本文报道了在低成本氩气中产生稳定大面积二维射流阵列的研究成果。采用针-环-板结构的射流单元蜂巢状排列组成二维射流阵列,利用高频电源驱动,通过优化气流等条件,获得了氩气中稳定的二维射流阵列放电。诊断了射流阵列的电气特性、发光特性及发射光谱,并得到放电功率、传输电荷和放电空间粒子强度随外加电压和管间距的变化规律。研究了管间距和气体流速对射流阵列均匀性和稳定性的影响,并结合射流单元之间的耦合作用对实验结果进行分析。结果表明,稳定射流阵列工作的电压范围为8~9.5 kV,管间距分别为2,5,8mm时,其工作面积分别为7.64,15.3和29.6cm~2。稳定射流阵列的放电电流和放电功率可达上百毫安和上百瓦,其放电参量和主要活性粒子强度均随外加电压的增加而增加。外加电压固定时,管间距对射流阵列的放电功率和传输电荷等参量影响不大。管间距和气体流速对射流阵列放电均匀性影响明显,随管间距减小和气体流速的增加,射流单元之间的排斥效应越明显,管间距为2mm时,射流单元之间的库仑力最大,管间距为8mm时,射流单元未出现偏移。     

软式平流层飞艇气弹模型相似参数分析

软式平流层飞艇具有较大的尺寸,基于风洞试验探讨其气弹响应特性时,需要缩比模型取代全尺寸模型。缩比模型的试验结果能否准确地预测原型结构的位移响应,与相似性设计直接相关。该文以设定的某软式平流层飞艇为原型对象,基于量纲分析法推导了模型的相似准则;建立软式平流层飞艇的有限元模型,对不同相似比对应的缩比模型进行了自振及风振响应分析,获得对应的振动频率与位移响应;统计确定了各相似准则对结构振动频率及位移响应的影响程度;对影响程度较大且无法满足相似条件的偏差进行了评估,且给出相应的补偿修正。结果表明:风速偏差的影响可以忽略;蒙皮面密度对位移响应的影响可以忽略;蒙皮张拉刚度及压差的相似偏差,对振动频率及位移响应都有较大的影响。     

考虑大气颗粒物对辐照度影响的光伏功率预测

太阳辐射强度受大气颗粒物浓度影响显著,对光伏发电功率预测准确度的影响不容忽视。为提高太阳辐射强度以及光伏发电功率预测准确度,通过K-means算法对大颗粒物浓度以及相对湿度历史数据进行聚类,基于聚类数据利用径向基神经网络分别建立大气气溶胶光学厚度预测模型;在预测的大气气溶胶光学厚度基础上,结合双波段太阳辐射大气传输模型与倾斜面辐射模型,预测光伏电池板面接收到的太阳辐射强度;最后利用气温和预测光伏电池板面接收到的太阳辐射强度,结合光电转换模型实现光伏发电功率预测。通过实验验证,预测模型平均误差为6.07%,考虑大气颗粒物浓度对太阳辐射强度影响的光伏发电功率预测模型具有较高准确度。