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24 材料工程/2013年7期 变体飞艇太阳能电池阵列工作 特性的影响因素 WorkingCharacteristicAffectingFactorsof ’ TransformableAirshipsSolarCellArray 肖治垣,杨穆清,郦正能 (北京航空航天大学航空科学与工程学院,北京100191) — — — XIAOZhiyuan,YANGMuqing,LIZhengneng (SchoolofAeronauticScienceandEngineering, BeihangUniversity,Beijing100191,China) 摘要: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。 关键词:变体飞艇;太阳能电池阵列;工作特性;辐射模型;影响因子— doi:10.3969/j.issn.10014381.2013.07.005 中图分类号:V221 文献标识码:A ——— 文章编号:10014381(2013)07002405 — — Abstract:Solarcellarrayisthemainpowersystemofnearspacetransformableairship,whichgener allydeterminestheperformanceofairship.Accordingtothefeaturesoftransformableairships,the — geometrymodelandsunradiationmodelofsolarcellarraywasestablishedwhentransformableair — shipsoperateinthecruisecondition.Applyingmodels,thesolarradiationintensityandpowerre ’ — ceivedbysolarcellarraywascalculatedbasedonthechangesofsolarradiationandairshipsflightal titude.Resultsshowthatthepoweratnoontideis3-4timesasmuchasthatatmorningandnightfal1. Whensolarelevationangleislow,powercollectionisaffectedbytheflightangleofairship.Seasonisa mainfactorthatinfluencestheintensitydistributionandpoweratnoon.Latitudeinfluencesthetotalpowerof solarcellarray.Itisgoodforpowercollectiontoplacethesolarcellsonthetopoftheairship. Keywords:transformableairships;solarcellarray;workingcharacteristic;radiationmodel;impact fatf)r 临近空间是航天与航空的结合部,与现有航天航 空技术相比,临近空间飞行器的主要应用优势体现在 区域或战役性持久驻空能力、长航时大范围机动能力、 快速进入临近空问响应能力等,在未来一体化联合作 战中具有重要的军事价值口]。为更好地开发利用临近 空间,临近空问飞行器成为各国竞相研究的热点。临 近空问飞艇(平流层飞艇)则是热点研究的飞行器之一。 变体飞艇概念于2O世纪末,并于2006年获得中 国和美国发明专利权。它有望克服高空飞艇由于体积 巨大造成的上升困难,并解决强度不足的问题,从而拥 有广泛的应用领域]。 平流层飞艇的有效载荷及服务载荷需要有足够的 能源来维持其在没有补给情况下的长时间工作,而太 阳能电池通常是为其提供能源的理想之择。国内外学 者对于太阳能电池材料进行了大量研究。纳米TiO 作为太阳能的光电极材料是世界范围的研究热点,赵 宏生等[5]研究发现掺杂氮可提高TiO的光催化性 能。胡志强等l_6]研究发现染料敏化太阳能电池 CuA1O/TiO光电极较纯TiO。光电极高。刘石勇 等[7研究发现双纳米硅P层电池效率高于单纳米硅P 层的电池效率。随着太阳能电池材料的发展,柔性太 阳能电池研发成功。柔性太阳能电池,具有柔性和轻 质量的特性,特别适合作为平流层飞艇(尤其是变体飞 艇)的电源系统。 34 材料工程/2013年7期 得到基体组织在形态和大小上极不均匀,一次枝晶和 二次枝晶都很粗大,且出现了较为粗大的三次枝晶,共 晶莱氏体呈不均匀的片状,铸锭的偏析较为严重;而采 用ESR-CDS工艺得到的组织以均匀细小的树枝晶为 主,莱氏体细小,有些呈短棒状,在后续的变形加工过 程中对材料的组织性能更有利。 (2)铸态心部组织,ESR工艺得到的组织等轴晶 — 疏松粗大,且存在较为粗大的树枝晶。而采用ESR CDS工艺得到的组织有大量均匀细小的树枝晶,莱氏 体短、细小,较为圆滑,边部和心部的组织较为一致。 (3)在横向上,ESR工艺得到的边部和心部组织 — 枝晶间距相差比较大,而ESRCDS工艺得到的边部 和心部枝晶间距相差较少,纵向上,两者边部和心部变 化趋势基本一致。 (4)采用ESR工艺经深腐蚀凝固组织基体与碳 化物过渡区较为疏松、粗糙,部分基体内部出现了细 小的裂纹,且有大量较为集中的块状碳化物;采用— “ ESRCDS工艺得到组织中存在比较多的不连续的 ” 复合规则型的碳化物,经深腐蚀,碳化物与基体过 渡区圆滑。 参考文献 [1]邓玉昆,陈景榕,王世章.高速工具钢[M].北京:冶金工业出版 — 社,2002.359367. [2]梁强,陈希春,任吴,等.电流对GH4169合金电渣重熔凝固过程参 — 数影响的数值模拟研究EJ].航空材料学报,2012,32(3),2934. — — LIANGQiang,CHENXichun,RENHao,eta1.Numericalsimu — lationresearchesinfluenceofcurrentonsolidificationprocesspa rametersofGH4169inelectroslagremeltingprocess[J].Journal — ofAeronauticalMaterials,2O12,32(3):2934. [3]付锐,陈希春,任昊,等.电渣重熔连续定向凝固Ren688DT合金 — 的组织与热变形行为[J].航空材料学报,2011,31(6):813. — — FURui,CHENXichun,RENHao,eta1.Studyontheascast — mierostruetureanddeformationbehaviorofESRCDSRen688DT — alloy[J].JournalofAeronauticalMaterials,2011,31(6):813. [4]MADe-xin,GRAFEU.Micr0segregati0nindirectionallysolidi一 米米米米米米米米米米米米米米米米米米来米米米米米米 (上接第28页) [63胡志强,刘显卿,黄德锋,等.染料敏化太阳电池CuA1204/TiO2 — 光阳极制备及性能[J].材料工程,2012,(2):6366. — — — HUZhiqiang,LIUXianqing,HUANGDefeng,eta1.The preparationandpropertiesofDSSCCuAI204/TiO2photoanodes — 口].JournalofMaterialsEngineering,2012,(2):6366. 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