系留气球升空动力学仿真

为了研究系留气球升空过程运动状态，建立刚体气球系统六自由度非线性动力学模型以及气球升空缆绳模型，利用Aerostat Simulation仿真软件对不同升空速度和不同风速运动状态进行模拟计算。结果显示，升空过程中，放缆速度增大，则气球俯仰角增大，迎角、缆绳张力减小；风速增大，则俯仰角、迎角、缆绳张力均增大。此研究不仅可为系留气球系统设计提供理论依据，也可以为研究外场放飞决策与放飞数据提供一种分析工具。     

超压气球飞行过程热特性数值研究

在分析超压气球几何外形、内外热环境和受力等情况的基础上,建立了超压气球几何、热力学和运动学模型。基于该模型,对超压气球上升-驻空过程进行了仿真模拟,得到超压气球飞行高度、内部氦气温度、氦气内外超压、气球体积以及气球飞行速度随时间的变化规律。结果表明:气球在上升过程中,氦气存在严重的"超冷"现象,而在驻空过程中,出现严重的"超热"现象。升速度曲线呈"W"型变化;中午过后,随着太阳辐射的减弱,氦气温度开始下降,但驻空高度维持不变。研究结果为超压气球的设计和研究提供了重要的依据,更好地保证气球在飞行期间的运行安全。     

某型系留气球空中逃逸仿真分析

系留气球现已应用到许多领域,针对可能出现的主要问题,有些无法用实验手段进行验证,因而采取计算机仿真加以研究。介绍了系留气球的工作状况,描述了空中逃逸的飞行过程,通过建立动力学模型的数学方程式,仿真了升空高度和升降速度与时间的关系。对同型系留气球的设计方法提供参考,为浮空器使用安全提供帮助。     

净升力对临近空间浮空器上升航迹的影响分析

基于临近空间浮空器动力学与热力学耦合关系,研究分析上升过程飞行航迹与内部气体热性能。建立临近空间浮空器初始充气量模型、热模型和上升过程动力学模型,通过飞行试验验证了数学模型的准确性。仿真计算了某高空科学气球的上升航迹,得到了气球净升力对爆破高度、速度等飞行航迹性能参数的影响,分析了参数变化规律与变化原因。研究结果表明,随着净升力的增加,爆破高度迅速降低,而气球上升速度逐渐上升,且上升速度的增大比爆破高度的减小相对于净升力的变化更加敏感,表明气球的净升力对航迹性能参数存在重要影响。研究结果可为临近空间浮空器设计、试验和应用提供理论参考。     

系留气球升空过程的动态模拟

采用有限元方法,建立了系留气球的多质点动力学模型,研究了风场中某型系留气球的动态升空过程。模型中将柔性大变形的系留绳离散成若干绳段,各绳段假设为质量集中在端点的阻尼弹簧,各节点的运动由相应绳段的重力、气动力和张力确定。通过数值模拟给出并分析了系留气球轨迹、系留绳释放速度、张力、长度、形状和水平漂移距离等参数的变化规律。与国外典型算例进行对比,结果表明该模型对系留气球升空过程中的参数变化有较好的预测能力,对系留气球的释放控制有一定的指导作用。     

系留气球纵向稳定性分析

系留气球是一种应用广泛的空中平台。其运动特性是球体和系留缆绳两者的复合,总体气动布局、系留缆绳参数及风场环境对其稳定性影响非常显著,运动模态不同于一般飞行器。本文通过对球体和系留缆绳的受力特性分析,建立了其纵向运动学方程及其运动学方程的求解方法,分析了在不同风场环境下的运动模态,并数值仿真了在阵风作用下球体和系留缆绳的动态响应特性。     

系留气球地面系留状态气动分析

系留气球地面系留状态气动力与系留气球安全密切相关。由于受地面影响,气球地面系留状态气动特性比空中系留状态更复杂。使用ANSYS Workbench平台研究了系留气球在地面系留状态的气动力,并与空中系留状态气动力进行了比较。研究了地面效应、系留高度和系留俯仰角对系留状态系统稳定性的影响。结果表明:气动力地效影响因素比较复杂,没有简单的规律可循。提出了地面系留状态气动设计的一般原则和建议。在计算中,充分利用了ANSYS Workbench的参数化设计点功能,有效提高了工作效率。     

“Google Loon”高空超压气球网络技术综述

Google公司推出的"Google Loon"气球网络项目,用漂浮的高空气球作为通讯中继实现地面互联网的覆盖。重点介绍了基于高空超压气球的气球网络原理、Loon超压气球组成结构及各组成部分的作用及性能,分析了"Google Loon"高空超压气球的轨迹控制、高度调节、充气及发射等关键技术。最后,对Loon项目的试验历程和商业推广情况进行了回顾,并对未来工作计划进行了展望。     

基于LMS Virtual. Lab的系留气球仿真与优化

系留气球在近地面收放过程中存在俯仰角过大的问题，为了更全面地了解收放过程中不同因素对球体俯仰角的影响，采用LMS Virtua1. Lab建立了带滑轮索具系统的系留气球三维动力学模型进行仿真分析，结果表明，仿真结果与理论计算、测量数据都有较高的符合度。进而运用试验设计( DOE)方法，探索典型风速下球体俯仰角的响应区间。最后基于响应面模型的优化技术，对滑轮索具系统设计进行优化，有效改善了球体在收放过程中俯仰角过大的问题。仿真模型对系留气球系统设计及收放控制有一定的指导作用。     

低空系留气球防雷设计

在分析外界雷电对系留气球的破坏和雷电放电对工作人员造成危害的基础上,提出在系留气球的设计过程中防雷系统设计的方法和相关的防护措施.     

航空拖曳诱饵的释放过程研究

建立了航空拖曳诱饵系统的物理数学模型,并对诱饵释放过程中,系统的动态特性进行了仿真研究。应用集中质量法,将柔性拖曳缆绳离散为一系列由阻尼弹簧连接的节点,建立了缆绳的动态模型;对诱饵进行受力分析,建立了诱饵的六自由度模型;提出了缆绳与诱饵的耦合条件,以使模型更加完整。对诱饵释放过程中系统的动态特性进行了仿真研究,给出并分析了缆绳的形状、张力和诱饵的姿态角等参数的变化规律。结果表明,载机飞行马赫数越大,缆绳下沉量越小,因此,应控制释放过程中载机最大飞行速度,以避免缆绳进入载机的高温尾喷流区。为避免出现"鱼钩"现象,应尽量减小诱饵的释放初速度与载机空速方向的夹角。按梯形速度释放诱饵时,缆绳中拉力的最大值比匀速释放诱饵时要小,且诱饵的俯仰角变化没有匀速释放时剧烈,因此建议以梯形速度释放诱饵。     

切风模式风力发电飞行器的进展与挑战

风能是当今主流的可再生能源种类之一,目前传统风力发电机只能利用近地风能,而高空风能储量巨大且较为稳定,具有很大的开发价值及潜力。对于高空风能的利用,国际上已经制定出多种方案,部分已进行了飞行试验,而国内相关研究尚处于起步阶段。围绕高空风力发电系统(AWES)的种类和发展情况进行研究,分析了切风模式AWES的飞行原理,介绍了国外代表性的切风模式AWES项目案例,指出了切风模式AWES所包含的系留缆绳、精确控制、多功能基站以及综合优化等关键问题,为国内相关领域的后续研究提供参考。     

神秘的旧日本军队气球部队

<正>气球是人类历史上第一人实用的载人飞行器。1783年,法国人孟格菲兄弟首成功地把纸制的热气球送上了天。同年底,兄弟二从乘坐热气球从巴黎市起飞,飞过了塞纳河,在市郊的意大利广场降落。自此揭开了人类飞行的新篇章。1792年,可以固定在一处的系留气球发明。1794年,在法国大革命中,法军首次使用气球进行高空侦察。到了1870-     

系留气球雷达系统空中结构总体设计

系留气球雷达系统能否安全可靠地长久发挥优势,空中结构设计起到很重要的作用。从雷达、囊体、刚柔耦合性、安全性、环境适应性、轻量化等方面进行分析,提出了在结构设计中重点关注的几个方面,并给出了建议及解决措施,为系留气球雷达系统空中结构设计提供参考和借鉴。     

非稳态下超疏水表面减阻仿真研究

通过开展湍流状态下超疏水表面流场的非稳态数值仿真,给出了超疏水表面气层发展变化过程,并总结出其流动发展稳定时的减阻基本规律.数值仿真中,采用适用于超疏水表面流场特点的非定常雷诺平均模型,气液两相流则采用VOF多相流模型,超疏水微结构表面网格剖分采用局部加密技术.研究结果表明:超疏水表面微结构内部气体随流动不断变化,最终在每个凹槽的中上部形成稳定存在的气体漩涡;超疏水表面减阻率随来流速度增加先增大而后降低,随表面自由剪切比的增大而增大,而受凹槽深度影响不显著.     

平流层高空气球升空过程中应力分析

平流层气球通常采用高强度、低密度、柔韧性好的涂层织物热合而成,本文运用肥皂泡理论,对平流层气球进行最优外形设计,使其浮力和应力分布满足设计要求;对气球不断上升过程中体积扩大、增加内压过程进行跟踪研究,分析其形状变化和膜面应力变化特征,为平流层气球设计提供了技术支持.     

航空拖曳诱饵系统机动过程缆绳张力仿真

为解决航空拖曳诱饵系统研制过程中拖曳缆绳强度设计问题,对拖曳诱饵系统机动过程缆绳张力进行了仿真研究。仿真中建立了缆绳的质量弹簧阻尼模型和诱饵弹的六自由度动力学模型,研究了直线加速和机动转弯2个典型飞行动作中缆绳受力情况,分析了载机加速度、飞行高度、缆绳弹性模量、缆绳直径等因素对缆绳张力的影响。结果表明：缆绳中张力大小不仅与诱饵弹、缆绳的气动阻力、重力有关,还与它们的惯性力有关;由于张力在缆绳中传递存在时滞性,机动过程中缆绳张力存在波动现象,波动的剧烈程度与载机加速度、缆绳弹性模量、缆绳直径有关;机动转弯过程中,缆绳会承受一个较大的峰值应力,该应力随着转弯角速度的增大而增大。     

火星超压气球温度分布研究

 针对火星气球的温度特性开展研究,首先分析了火星大气的特殊热环境;归纳了影响火星气球温度特性的主要环境因素;设计了两种不同蒙皮辐射特性的原型超压气球;建立了计算火星气球稳态温度分布的模型,并做了合理的简化;选择了热、冷、任意时刻及特殊工况进行气球的蒙皮和内部气体温度计算.结果表明,通过改进蒙皮辐射特性的设计,可以满足火星气球在特定工况下飞行的温度要求.     

光船对气液两相介质激光支持爆轰波影响的数值模拟

建立了气液两相介质单脉冲激光支持爆轰波的数值模型,结合光船边界条件,数值模拟爆轰波及其周围流场的演化过程,分析温度、压力、速度场在爆轰波发生时的变化特性和演化形态。研究表明:有无光船边界在30μs前爆轰波发展趋势基本一致。激光作用结束后,焦点范围处温度压力均达到最大,速度继续上升达到最大后逐渐衰减。温度最大值一直在焦点附近,压力最大值则是在激光作用时出现在中心处,激光作用结束后,转移到波阵面上,而速度最大值发生在冲击波波阵面上。光船模型中,冲击波会与壁面发生耦合作用,冲击波的反射与叠加作用使最大温度中心会向外偏移,压力和速度会在壁面与冲击波边沿接触面的两侧处达到最大值,向内侧逐渐减小。      

态-态模型下N_2/N混合物的热化学非平衡过程研究

热化学非平衡流模拟中广泛应用的双温度或多温度模型不能描述分子在各振动能级上的分布,只能假设其满足振动温度下的Boltzmann分布。通过采用态-态模型研究非平衡过程中粒子的能级分布特点,有望为改进双温度或多温度模型提供思路。对静止的N2/N气体混合物,在各类不同初始条件和控制温度、压力下,采用态-态模型研究气体的化学组成和分子振动能级分布演化规律,分析各类微观过程的特征与贡献,结果表明:平动-振动能量交换过程起支配作用,促使振动能级分布趋于平动温度下的Boltzmann分布,而振动-振动能量交换过程主要影响能级分布变化的过渡过程特点;离解区和复合区能级分布的变化特点不同;关于非平衡过程中粒子微观分布的研究结果可为改进高超声速非平衡流模拟中的热化学模型提供参考依据。