對(duì)流層飛艇的案例
基于MBSE的對(duì)流層飛艇運(yùn)行概念研究
摘 要：面向對(duì)流層飛艇的起降過(guò)程復(fù)雜、氣象適應(yīng)能力弱等特殊性，傳統(tǒng)基于文本的運(yùn)行概念分析方法具有設(shè)計(jì)一致性較差、設(shè)計(jì)無(wú)法有效追溯、驗(yàn)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(duì)流層飛艇運(yùn)行概念設(shè)計(jì)方法。首先，建立系統(tǒng)用例與利益攸關(guān)者需求的關(guān)聯(lián)關(guān)系，保證了設(shè)計(jì)可追溯性。之后，基于活動(dòng)圖、時(shí)序圖與內(nèi)部塊圖建立對(duì)流層飛艇運(yùn)行場(chǎng)景模型，詳細(xì)梳理了飛艇運(yùn)行的執(zhí)行邏輯與外部交互關(guān)系。最后，通過(guò)執(zhí)行狀態(tài)機(jī)對(duì)飛艇運(yùn)行概念模型進(jìn)行驗(yàn)證，并進(jìn)一步補(bǔ)充完善利益攸關(guān)者需求。
關(guān)鍵詞：基于模型的系統(tǒng)工程;對(duì)流層飛艇;運(yùn)行概念;需求分析;
0 引 言
對(duì)流層飛艇是一種適應(yīng)對(duì)流層環(huán)境、輕于空氣、由動(dòng)力推進(jìn)并可操縱的航空器。與傳統(tǒng)概念的飛行器借助機(jī)翼或者旋翼與空氣的相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(jìn)行飛行，因此飛艇具有能耗低、滯空時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)[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(shè)計(jì)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(dān)快速闡明需求、探索解決方案、制定運(yùn)行概念 (ConOps)并初步得出物理解決方案的任務(wù)，是后續(xù)型號(hào)設(shè)計(jì)、制造和投入商業(yè)運(yùn)行能否成功的前提與關(guān)鍵[3]。在概念階段，運(yùn)行概念作為重要組成部分和主要輸出，是連接利益攸關(guān)者需求與系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范之間的橋梁[4,5,6]。它以利益攸關(guān)者的需求、系統(tǒng)目標(biāo)和關(guān)鍵假設(shè)為出發(fā)點(diǎn)，使用概念的形式體現(xiàn)系統(tǒng)和系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程，并且能為后期系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)（硬件，軟件，人力，材料，流程）提供參考和支持[7]。
在當(dāng)前的工程實(shí)踐中，對(duì)流層飛艇的運(yùn)行概念主要使用文本文檔的形式進(jìn)行描述。
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“同溫層巴士”飛艇完成太陽(yáng)能電池模塊的試驗(yàn)驗(yàn)證
泰雷茲-阿萊尼亞航宇公司10月已完成了為“同溫層巴士”無(wú)人飛艇配備光電模塊的全尺寸靜態(tài)試驗(yàn)。該無(wú)人飛艇長(zhǎng)115米，計(jì)劃在2022首飛，可在20千米的高度運(yùn)行5年，可執(zhí)行觀察、監(jiān)視和通訊任務(wù)，可抗90千米/時(shí)風(fēng)速。
為了給任務(wù)載荷提供足夠的電力，“同溫層巴士”飛艇配備了4臺(tái)電動(dòng)機(jī)及電池，飛艇的四分之一表面（大約1000平米）覆蓋了太陽(yáng)能電池。泰雷茲-阿萊尼亞航宇公司聯(lián)合法國(guó)的可持續(xù)能源研究機(jī)構(gòu)CEA Liten（法國(guó)替代能源與原子能委員會(huì)-新能源技術(shù)和納米粒子創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)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(guò)24%。最近的試驗(yàn)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)證了抗熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)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(yàn)了同溫層通信，2018年10月試驗(yàn)了智能手機(jī)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(guó)政府的資助，研制“同溫層巴士”飛艇以取代太陽(yáng)能長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)，如空中客車公司研制的西風(fēng)無(wú)人機(jī)，最新型的西風(fēng)S無(wú)人機(jī)在2018年7至8月間在空中飛行了超過(guò)25天。
（航空工業(yè)發(fā)展中心 陳宣友）
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