小型太阳能无人机能源系统的设计研究

摘要

太阳能无人机在空中飞行时仅消耗太阳光照辐射能，可以实现超长时间的空中巡航，在军事及民用领域都有很广阔的应用前景。白天太阳能无人机通过太阳能电池阵列将太阳光照辐射能转换为电能，供给推进系统、机载电子设备和有效载荷使用，同时将富余能量储存起来用于夜间继续飞行。能源系统是小型太阳能无人机的关键系统，直接影响到太阳能无人机的输出功率和全机重量，因此对小型太阳能无人机能源系统的设计研究具有重要工程意义。
　　本文提出了一种太阳能无人机能源系统总体参数的计算方法，该方法基于太阳能无人机的工作原理及能量平衡理论，在锂电池储能、重力势能混合储能两种方式下，能准确地计算出能源系统中太阳能电池阵列面积、锂电池重量、能源系统占全机重量比值等关键参数，并通过两个实例验证了方法的可靠性与实用性。
　　本文针对小型太阳能无人机能源系统中的关键组成部分进行了详细设计，主要应用于太阳能电池阵列、锂电池组件、MPPT控制器的详细设计过程。MPPT控制器通过应用改进的扰动观察法可实现对太阳能电池阵列的最大功率跟踪，还可实现锂电池的充放电管理。通过试验证明详细设计后的能源系统能实现太阳辐射能的高效利用，达到有效提高小型太阳能无人机巡航时间的目的。

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注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1 太阳能无人机的应用背景

1.2太阳能无人机的研究现状

1.3太阳能无人机能源系统概述

1.4 本文主要研究内容

第二章 太阳能电池及锂电池

2.1 太阳能电池的特性及数学模型

2.2 太阳能电池的最大功率跟踪算法分析

2.3 锂电池的特性分析

2.4 本章小结

第三章 小型太阳能无人机能源系统的初步设计

3.1 太阳能无人机的能量平衡分析

3.2 太阳能无人机的气动力及功率平衡

3.3 太阳能无人机能源系统总体参数的计算方法

3.4 能源系统总体参数计算方法的实例及验证

3.5 本章小结

第四章 小型太阳能无人机能源系统的详细设计

4.1太阳能电池阵列

4.2 MPPT控制器

4.3 锂电池组件

4.4 能源系统的系统集成及输出性能试验

4.5 本章小结

第五章 总结和展望

5.1 全文总结

5.2 后期工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文