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张晓辉: 作品数：14 被引量：83H指数：4; 供职机构：北京理工大学宇航学院更多>>; 发文基金：中国航空科学基金更多>>; 相关领域：航空宇航科学技术文化科学动力工程及工程热物理电气工程更多>>

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燃料电池无人机动力系统方案设计与试验被引量：14: 2018年; 针对燃料电池为主能源的无人机(UAV)动力系统,设计了纯燃料电池动力系统、燃料电池/蓄电池(简称燃蓄)被/主动混合动力系统3种拓扑结构方案。以空冷质子交换膜燃料电池为例,搭建了燃料电池动力系统方案一体化试验平台。考虑阶梯型和阶跃型2种加载形式,试验研究了燃料电池自身的动态特性和启动特性。以阶梯型功率剖面的加载形式,试验研究了纯燃料电池动力系统放电特性;以无人机典型任务剖面作为加载形式,开展燃蓄被/主动混合动力系统对比试验研究。试验结果表明:纯燃料电池动力方案适用于低机动小型无人机,燃蓄被动混合方案可满足小型无人机大机动飞行,燃蓄主动混合方案系统可适应中大型无人机更长航时飞行。; 张晓辉刘莉戴月领沈辉; 关键词：燃料电池蓄电池混合动力系统能源管理无人机

太阳能混合动力系统综合实验平台设计与实施被引量：4: 2018年; 设计了一种以绿色能源无人机动力系统为原型的太阳能混合动力系统综合实验平台,该平台采用被动式能源功率分配结构,加入最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)控制器,以无刷直流电机作为动力系统负载。还设计开发了电流电压采集模块以及控制记录模块。实验结果表明,该实验平台运行稳定可靠,能较真实的反映无人机动力系统工作过程,具有较高教学价值。; 刘刚贺云涛张晓辉王正平; 关键词：太阳能电池锂电池混合动力系统

面向太阳能无人机的自适应扰动步长增量电导法研究: 2022年; 太阳能无人机机动过程常导致机翼表面光伏阵列所受辐照发生大幅快速变化,给光伏阵列最大功率点跟踪控制方法带来了新的挑战。提出了一种跟踪过程快速稳定无振荡的自适应扰动步长增量电导法。首先,根据“蒲公英IB”无人机的太阳翼布局,建立了光伏电池阵列模型,分析其输出特性曲线;其次,介绍了传统增量电导法的原理及优缺点;然后,针对传统增量电导法在光照大幅度变化条件下动态性能较差的缺点,通过对前三步电压之间的比较,制定扰动步长调节准则,提出自适应扰动步长增量电导法,以达到快速稳定地追踪到最大功率点的效果,从而适应飞行器姿态动态变化时辐照条件的变化;最后,设计了稳定辐照和大幅度变化辐照两种任务工况,对所提方法进行仿真与试验分析,并与传统增量电导法进行对比分析。结果表明,仿真与试验结果在两种不同的工况下,结果基本保持一致。相比于传统增量电导法,所提自适应扰动步长增量电导法在大幅度辐照扰动时可以快速跟踪到光伏阵列的最大功率点,并且可以明显改善稳态时的功率振荡现象,跟踪速度最大可提升50%,最终追踪效率可提升约3%。所提出的适用于太阳能无人机光伏发电系统的自适应扰动步长增量电导法能够快速稳定跟踪到最大功率点,对辐照变化的适应能力具有明显优势,具有良好的有效性、实时性和工程实用性,可为太阳能无人机高能效飞行提供有力支撑。; 王正培张晓辉张江浩郑好银刘莉; 关键词：太阳能无人机光伏发电系统最大功率点追踪

多电混合动力与能源管理教学实验平台建设被引量：3: 2018年; 飞机绿色能源,如太阳能、氢能等多种能源的联合使用是未来能源的发展方向。引入最新的科研成果及仪器设备,提出并部分完成了一套多电混合动力系统及能源管理教学实验平台。设计了基于该实验平台的开放探索型教学实验课程,给出了层层递进式的教学方法。所提出的实验平台和教学方法获得了良好的教学效果,并具有良好的经济效益前景和可拓展性。; 贺云涛王正平张晓辉; 关键词：能源管理教学实验平台

适用于可穿戴设备的柔性能源系统研究与设计被引量：1: 2023年; 随着可穿戴设备的快速发展,智能手表、智能耳机、智能眼镜等设备已经越来越多地应用于社会生活的各种场景。这些可穿戴设备的供电也成为产品使用中亟待解决的核心问题。设计了一种适用于可穿戴设备的柔性能源系统,并在具有多种智能设备的头盔上进行了实验验证,能源系统采用了柔性太阳电池和柔性控制器,系统的质量和体积得到大幅优化,在太阳充足的条件下系统可直接为电池充电,也可以为用电设备供电,该研究对于未来可穿戴设备能源系统具有重要的探索和示范作用。; 吕冬翔张晓辉李钏游藩; 关键词：能源系统头盔

太阳能/氢能无人机总体设计与能源管理策略研究被引量：40: 2016年; 针对小型低空长航时电动无人机需求,给出了太阳能/氢能混合能源动力系统集成方案和小型低空长航时无人机构型。针对典型任务剖面,综合考虑太阳能电池和氢燃料电池特性,提出了一种考虑全机重量能量耦合关系的总体设计方法和任务剖面驱动的能源管理策略;建立了能源系统模型,给出了能源控制流程,开发了能源管理仿真平台。以1.5kg任务载荷为例,完成了无人机总体方案设计,仿真分析了各种能源特性对飞行结果的影响。结果表明:能源管理策略能够根据任务剖面的要求合理配置能源系统的功率,满足各阶段的功率需求;无人机在冬至日航时为21h、夏至日可实现跨昼夜飞行;在能源系统重量相同情况下,该混合能源无人机的航时分别是纯锂电池无人机和燃料电池无人机的5.5倍和1.2倍。; 刘莉杜孟尧张晓辉张超徐广通王正平; 关键词：太阳能氢能长航时电动无人机能源管理

燃料电池无人机发展及关键技术分析被引量：18: 2018年; 燃料电池无人机是新能源技术与航空科学技术的结合,是未来绿色航空发展的方向。介绍了燃料电池无人机的发展现状;分析了燃料电池无人机设计、制造过程中的关键技术,指出了亟待解决的技术难点,包括高效燃料电池的研制与应用、氢气的储存技术、燃料电池与蓄电池的混合技术及其能量管理控制技术。; 戴月领贺云涛刘莉张晓辉; 关键词：能源管理

考虑局部遮挡的太阳能无人机能源控制被引量：3: 2020年; 针对太阳能无人机在飞行状态下可能出现的太阳能电池局部遮挡情况,开展相应的太阳能电池最大功率点追踪算法和能源控制研究。通过将发光亮度引入相对吸引力计算过程对萤火虫算法进行改进,实现了局部阴影情况下太阳能电池最大功率点的高效追踪。以此为基础,设计了考虑局部遮挡情况下太阳能无人机的太阳能电池/蓄电池混合能源状态机控制规则。以"蒲公英Ⅰ"无人机为例,建立了太阳能电池阵列模型,开展了考虑局部遮挡情况下太阳能电池最大功率点追踪仿真实验;基于"蒲公英Ⅰ"飞行剖面,开展了考虑局部遮挡情况的混合能源控制仿真试验。研究结果表明:改进的萤火虫算法可以实现在局部阴影情况下太阳能电池最大功率点的有效跟踪,与萤火虫算法相比收敛时间更短、且功率波动幅度更小;采用改进萤火虫算法和状态机能源管理策略,在考虑局部遮挡的飞行状态下可以实现太阳能电池/蓄电池之间的合理功率分配与控制。; 刘刚王正平刘莉张晓辉曹潇; 关键词：最大功率点追踪太阳能无人机

“双碳”战略下绿色能源无人机的发展机遇和挑战: 2023年; 对绿色能源无人机这一新兴航空技术领域进行了综合评述,并讨论了未来发展机遇和挑战。首先,阐述了绿色能源无人机的发展现状,介绍了典型太阳能无人机、氢燃料电池无人机,分析了高效柔性薄膜太阳能电池、轻质高效氢燃料电池等绿色能源动力关键技术;然后,对“双碳”战略带来的机遇进行了分析;最后,探讨了绿色能源无人机技术发展面临的挑战,以及未来发展方向,为绿色能源飞行器技术领域的研究工作和关键技术攻关提供一定参考。综述表明,“双碳”战略已经提升到了国家战略层面,绿色装备需求迫切,绿色航空发展进程正在加速。兼顾长航时和大载荷的实用化技术、低成本快捷改装技术以及多种能源混合互补技术等将是推动绿色能源无人机未来发展的关键。; 席涵宇王正平张晓辉杨盾; 关键词：太阳能无人机

太阳能无人机线性自抗扰多环路能源控制被引量：1: 2023年; 针对太阳能无人机的太阳能/锂电池混合能源系统高能效管理与控制问题,提出了一种基于线性自抗扰控制(LADRC)的多环路控制方法,动态控制能源系统电压/电流,实现太阳能高效利用的同时,避免锂电池过度充电。其核心思想是采用LADRC方法主动消除系统扰动,提高控制器鲁棒性和稳定性,快速稳定响应太阳能无人机机动过程辐照和载荷动态变化;设计最大功率点跟踪(MPPT)环路、稳压环路和限流环路联合控制方法,实现能源管理控制器多个状态量同时控制;通过引入竞争机制,解决控制器工作模式频繁跳变问题。首先,建立了用于MPPT环路控制的LADRC控制器模型,与PI方法进行了动态响应对比测试。然后,搭建了太阳能机翼所受辐照与飞行姿态耦合的太阳能/锂电池混合能源控制试验平台,对所提出的多环路控制方法进行八边形航线飞行模拟测试。最后,试验结果表明:相比于PI方法,基于LADRC方法的多环路控制系统的最大功率点跟踪时间可减少40%~70%,且控制系统更加稳定,瞬态响应加快;在飞行模拟测试过程中,所提多环路控制方法能够根据飞行载荷和电池电量状态平滑切换控制器工作模式,使光伏系统始终以最佳能效输出,研究结果可以为太阳能无人机的高能效飞行提供一种理论基础和工程技术支持。; 邵嘉琪张晓辉席涵宇刘子荣; 关键词：无人机混合动力

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