對流層飛艇
關注創(chuàng)建者：航模無人機干貨分享 創(chuàng)建時間：2023-11-03
對流層飛艇的實例教程
摘 要：面向對流層飛艇的起降過程復雜、氣象適應能力弱等特殊性，傳統(tǒng)基于文本的運行概念分析方法具有設計一致性較差、設計無法有效追溯、驗證困難等局限性。基于此，本文提出了基于模型的系統(tǒng)工程的對流層飛艇運行概念設計方法。首先，建立系統(tǒng)用例與利益攸關者需求的關聯(lián)關系，保證了設計可追溯性。之后，基于活動圖、時序圖與內(nèi)部塊圖建立對流層飛艇運行場景模型，詳細梳理了飛艇運行的執(zhí)行邏輯與外部交互關系。最后，通過執(zhí)行狀態(tài)機對飛艇運行概念模型進行驗證，并進一步補充完善利益攸關者需求。
關鍵詞：基于模型的系統(tǒng)工程;對流層飛艇;運行概念;需求分析;
0 引 言
對流層飛艇是一種適應對流層環(huán)境、輕于空氣、由動力推進并可操縱的航空器。與傳統(tǒng)概念的飛行器借助機翼或者旋翼與空氣的相對運動而產(chǎn)生的升力不同，飛艇主要依靠輕質(zhì)氣體產(chǎn)生凈浮力進行飛行，因此飛艇具有能耗低、滯空時間長等特點[1]。
飛艇的研制流程與傳統(tǒng)航空器一樣主要分為探索研究階段、概念階段、設計階段、生產(chǎn)階段、使用階段和退役階段[2]。其中概念階段發(fā)生在產(chǎn)品全生命周期的早期，主要承擔快速闡明需求、探索解決方案、制定運行概念 (ConOps)并初步得出物理解決方案的任務，是后續(xù)型號設計、制造和投入商業(yè)運行能否成功的前提與關鍵[3]。在概念階段，運行概念作為重要組成部分和主要輸出，是連接利益攸關者需求與系統(tǒng)設計規(guī)范之間的橋梁[4,5,6]。它以利益攸關者的需求、系統(tǒng)目標和關鍵假設為出發(fā)點，使用概念的形式體現(xiàn)系統(tǒng)和系統(tǒng)的運行過程，并且能為后期系統(tǒng)的實現(xiàn)（硬件，軟件，人力，材料，流程）提供參考和支持[7]。
在當前的工程實踐中，對流層飛艇的運行概念主要使用文本文檔的形式進行描述。
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泰雷茲-阿萊尼亞航宇公司10月已完成了為“同溫層巴士”無人飛艇配備光電模塊的全尺寸靜態(tài)試驗。該無人飛艇長115米，計劃在2022首飛，可在20千米的高度運行5年，可執(zhí)行觀察、監(jiān)視和通訊任務，可抗90千米/時風速。
為了給任務載荷提供足夠的電力，“同溫層巴士”飛艇配備了4臺電動機及電池，飛艇的四分之一表面（大約1000平米）覆蓋了太陽能電池。泰雷茲-阿萊尼亞航宇公司聯(lián)合法國的可持續(xù)能源研究機構CEA Liten（法國替代能源與原子能委員會-新能源技術和納米粒子創(chuàng)新實驗室）研制了可彎曲輕型光電模塊，面積為4平米，每平米的重量不到800克，每平米的輸出功率為800瓦，電池效率超過24%。最近的試驗驗證了電池材料在紫外線和臭氧環(huán)境下的穩(wěn)定性以及冷熱交替環(huán)境下電力的低損失，同時驗證了抗熱應力和機械應力的能力，包括飛艇表面的伸縮。
西班牙衛(wèi)星通信提供商Hispasat公司聯(lián)合泰雷茲-阿萊尼亞航宇公司試驗了同溫層通信，2018年10月試驗了智能手機與高高空偽衛(wèi)星（HAPS）的4G/5G通信，該HAPS是由西班牙Zero2 Infinity公司提供的高空氣球。泰雷茲-阿萊尼亞得到了法國政府的資助，研制“同溫層巴士”飛艇以取代太陽能長航時無人機，如空中客車公司研制的西風無人機，最新型的西風S無人機在2018年7至8月間在空中飛行了超過25天。
（航空工業(yè)發(fā)展中心 陳宣友）
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摘 要：面向對流層飛艇的起降過程復雜、氣象適應能力弱等特殊性，傳統(tǒng)基于文本的運行概念分析方法具有設計一致性較差、設計無法有效追溯、驗證困難等局限性。基于此，本文提出了基于模型的系統(tǒng)工程的對流層飛艇運行概念設計方法。首先，建立系統(tǒng)用例與利益攸關者需求的關聯(lián)關系，保證了設計可追溯性。之后，基于活動圖、時序圖與內(nèi)部塊圖建立對流層飛艇運行場景模型，詳細梳理了飛艇運行的執(zhí)行邏輯與外部交互關系。
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