● 摘要
临近空间飞行器具有显著的特点，可以作为卫星和飞机的有效补充。目前，世界各国提出了多种临近空间飞行器发展方案，研究主要集中在平流层飞艇、浮空气球和高空长航时无人机上。平流层飞艇可以作为对地观测、通信、预警等平台的一种实现方案，近年来得到了各发达国家的广泛关注。 本文以平流层飞艇为研究对象，首先介绍了平流层飞艇能源与动力系统的发展现状和研究现状；然后从总体角度出发，确定太阳能电池铺设位置和平流层飞艇能源与动力系统设计质量。 本文的研究内容包括：确定飞艇的结构和外形，分析了高空大气环境，确定飞艇浮力和阻力的计算方法；分析能量平衡法的应用；介绍了平流层飞艇螺旋桨设计参数的初步确定方法和电机的额定参数；给出飞艇各组件的质量估算方法。 重点研究了曲面太阳能电池的输出功率的计算方法，并分析纬度、季节、飞艇偏航角和滚转角对太阳能电池输出功率的影响。 本文太阳能电池采取非对称铺装，基于遗传算法优化设计平流层飞艇的尺寸和太阳能电池的铺设位置，从而确定能源与动力系统各组件的设计质量和平流层飞艇螺旋桨的初始设计参数。分析风速对飞艇设计的影响，给出可以观测美国整个东海岸的飞艇布局。分析了蒙皮面密度和能源与动力系统单一参数指标的提高对平流层飞艇设计的影响和对能源与动力系统各组件设计质量的影响。