题目：太阳能飞机方案设计与多学科优化研究

太阳能飞机是航空飞行器向新能源探索的一个方向，也代表了航空向低碳化发展的必然趋势。目前太阳能飞机的探索还处于初级阶段，还有很多亟待解决的难题限制着这一领域的发展。围绕高空太阳能飞机的特点，本文对太阳能飞机进行了总体方案设计。根据任务要求确定方案的技术指标、气动布局和初始参数，并对总体参数进行气动、重量和能量系统的多学科优化。在气动学科分析中，对翼型和全机平面形状进行了参数化，并根据升力线理论，计算全机的升阻特性；计算过程依据翼型的气动分析结果并结合机翼的平面形状，且考虑平尾的配平影响。在重量学科分析中，采用统计分类法，对结构、推进装置、设备和有效载荷进行分类统计，计算全机总重。在能量学科分析中，首先，对三维航迹进行参数化定义，将水平航迹与竖直航迹解耦；其次，设计能量的收集、存储和分配方案，确定电子线路系统；然后，通过航迹倾角、航迹偏角和太阳高度角计算太阳电池的输入功率，得到方案的能量输入；根据气动力计算飞行消耗功率，得到方案的能量输出。在多学科设计优化中，优化目标是全机总重最小和机翼面积最小。由于气动、重量和能量系统存在耦合，本文通过迭代计算得到统一的学科分析结果。分析优化结果可知，通过优化竖直航迹能够控制夜间的能量消耗，通过优化三维航迹能够提高飞机对太阳能的收集效率。