平流层浮空器快速部署平台的建模与仿真

针对目前平流层浮空器的部署方案中存在着放飞条件限制较多、升空过程中风险较大和部署时间较长等风险和不足,基于弾载弹射技术提出一种新型浮空器快速部署方案。该方案通过运载器将部署平台投放到预定空域,系统经过分离、减速伞减速、空中充气、展开等阶段,完成浮空平台的快速部署。通过分析系统构成和工作流程,建立了能够反映充气展开过程中,伞-艇-充气机构相互作用的多体动力学模型,并通过仿真计算校验了系统方案的可行性。研究结果表明：该方案能够实现平流层浮空器全天候快速部署。     

低空环境中浮空器的热数值模拟与实验研究

浮空器在通信等领域有着广阔的应用前景。温度控制是浮空器应用中涉及的关键技术之一,因此有必要对浮空器进行热分析和实验研究。本文针对低空环境与平流层的不同,考虑太阳直接辐射、天空散射辐射、地表反射的太阳辐射、大气辐射、地表辐射以及外部对流换热等因素,建立了浮空器在地面的热分析理论模型,利用CFD软件对浮空器进行了热数值模拟,并初步进行了实验研究。通过数值模拟结果与实验数据的对比,证明了理论模型具有一定的合理性。本文也为研究浮空器升空过程提供了数学物理模型。
     

平流层飞艇流固耦合分析方法研究

平流层飞艇为了在平流层环境下获得足够的浮力,要求其体积庞大,由于跨度较大的充气柔性气囊结构容易发生变形,使得流固耦合特性非常显著。针对该类飞行器的流固耦合方法的研究是对其流固耦合特性分析的首要条件。本文基于流体动力学计算软件FLUENT和结构动力学分析软件ABAQUS,形成了分析平流层飞艇这类大型柔性充气结构流固耦合特性的非线性动态流体－结构交错积分耦合法。通过充气的圆球薄膜的解析解和NACA65A006机翼颤振特性的实验结果与计算结果的比较对该方法的有效性进行了分析。这为平流层飞艇流固耦合问题的研究提供了一种有效的分析工具,并对某平流层飞艇的突风干扰响应特性进行了分析,得出其流固耦合特性的变化规律。     

平流层飞艇控制与推进技术

飞艇作为平流层平台可以实现无线通信、空间观测、大气测量以及军事侦察等目的。本文主要结合平流层的环境特点对平流层飞艇动力推进系统的组成和概念进行初步分析,并对飞艇在升空、浮空、回收过程中的飞行控制策略进行探讨,同时简要分析了控制系统的组成、控制难点和飞艇应急控制问题。     

充气气囊减速方案的气动设计研究

减速是航天飞行器必须面对的问题。充气气囊减速方案利用柔性编织材料外加涂层方式构成气囊，利用气体发生器快速产生高压气体，集防热、减速和着陆减振功能于一体，重量轻、成本低、适用范围广、可靠性高。设计了满足减速需求的气囊外形，利用数值求解NS方程和工程计算方法进行了气动力的预测和比较分析，利用六自由度动力学模型与气动力的耦合计算，对减速效果进行了计算与分析，并对热环境、温度场、应力、热应力及变形进行了计算，还对分离不确定性进行了研究。地面引导性风洞试验和理论分析表明，充气气囊减速方案具有十分明确的减速效果和优点，可用于未来航天飞行器实现减速飞行目的的技术方案。     

平流层飞艇优化方法和设计参数敏感性分析

平流层飞艇优化设计对飞艇体积、重量、成本、工作能力、承载能力等有重要影响。提出采用总重最小的优化目标对平流层飞艇进行优化,给出了平流层飞艇总体参数估算方法,建立了平流层飞艇优化流程,编制了计算程序,并对平流层飞艇进行了尺寸优化。分析表明:(1)为达到最小代价(总重或成本)的目标,平流层飞艇设计不能片面追求阻力最小或者浮力最大,应综合考虑浮力与推力,进行尺寸优化;(2)平流层飞艇运行地理纬度、在一年中的运行时段、抗风能力、有效载荷重量、再生燃料电池比能量、蒙皮比重量等参数对飞艇优化设计尺寸有重要的影响。     

平流层飞行器技术的最新发展

近年来,随着现代科学技术的进步,平流层空间独特的资源优势已成为各国关注的热点。目前,可运行于、平流层高空气球、平流层半可控浮空器、太阳能平流层飞机、高空长航时无人机等。平流层飞行器具有驻空时间长、可重复使用等特点,在区域防灾减灾、环境监测、城市安全监控、高分辨率实时区域监视、区域通信等方面具有重要的用途,引起了各国的高度重视,有望在近些年内研制成功并投入实用。文章对平流层飞行器的主要项目进行了介绍,给出了各自的特点和优势。文章分析了不同平流层飞行器的优势和劣势,并对各自的应用前景进行了展望。     

一种利用自然能飞行的临近空间浮空器研究

为实现临近空间浮空器的持久区域驻留和机动飞行,文章所研究的一种利用自然能飞行的临近空间浮空器利用自然界的热能和风能,通过简易可行的技术手段实现飞行高度和轨迹的控制,有望解决临近空间浮空器面临的能源问题和热问题。文章介绍了该新型浮空器的系统组成和主要特点,分析了该新型浮空器在设计最大运行高度处的浮重平衡,进行了系统设计参数的分析。该新型浮空器由超热空气和氦气提供浮力,计算结果表明氦气囊所占比例越大,所需的浮空器半径越小,且随着设计最大运行高度的升高及超热值的减小,所需的浮空器半径增大。     

NASA高空气球的研究及其进展

高空气球是一种可以实现平流层飞行的无动力浮空器。文章重点从气球的结构、蒙皮材料、热特性研究及试飞试验等方面介绍了NASA高空气球的研究及其进展,为中国高空气球的研究发展提供参考。     

火星EDL过程动力学仿真平台

"进入、减速、着陆(Entry,Descent,Landing,EDL)"火星的过程是实现整个火星探测任务最为重要的阶段之一,着陆成功与否直接决定探测任务的成败。文章对火星探测器自身气动减速阶段、降落伞弹射拉直阶段、降落伞开伞充气阶段、降落伞全张满减速阶段等EDL关键过程分别建立探测器进入段六自由度动力学模型、降落伞理想拉直过程动力学模型、降落伞开伞充气过程动力学模型、物伞及弹性吊挂组合系统着陆过程动力学模型。并在此基础上研制相应的动力学仿真软件模块,将各模块按照EDL过程进行集成,实现模块间数据传递,形成火星EDL全过程动力学仿真系统。最后对"火星探路者"EDL过程进行了动力学仿真分析,校验了系统的有效性和可行性。该平台可用于火星EDL全过程动力学性能的分析与预测。     

风场综合利用的新型平流层浮空器轨迹设计

针对平流层底部准零风层特点，提出一种基于风场综合利用进行长时区域驻空的新型平流层浮空器，系统采用南瓜形超压气球体制，建立系统的浮重模型、推阻模型和能源模型，利用迭代算法完成了总体方案设计。在此基础上，建立动力学模型和高度调控模型，针对我国某地风场模型，设计东西、南北方向独立控制区域驻留策略以及基于风场综合利用的协同控制区域驻留策略，通过SIMULINK模块开展区域驻留仿真，并对五种控制模式下的飞行轨迹进行对比分析。     

可控翼伞单电机伺服机构微机控制

可控翼伞后缘有二组操纵绳,控制它可以改变翼伞飞行方向,实现回收体在预定点(区域)着陆和回收。通常使用二个电机分别进行操纵控制。为了提高系统的性能,减少部件,探讨了单电机进行双边操纵控制的新方案。文中主要介绍微机操纵控制系统的硬件、软件设计。     

可控翼伞伺服机构(单电机)的微机控制

可控翼伞后缘有二组操纵绳,控制它可以改变翼伞飞行方向,实现定点回收。国内、外通常使用二个电机分别进行操纵控制。为了提高系统的性能指标,减少部件,探讨了单电机进行双边操纵的方案,设计了由微机、功率输出接口、电机参量输入传感器、操纵量和限位置数装置等组成的伺服控制系统。该系统通过大量的试验以及翼载空投试验,证明了它具有可靠性高、功能全、抗干扰性强等优点。为回收应用微机技术做了初步的尝试。文中主要介绍微机操纵控制系统的硬件、软件设计。     

系留翼伞刚柔混合模型控制方法探索研究

系留翼伞可借助风力长期滞空，相比系留无人机具有抗风能力强、载荷重量大、电能消耗低、侦察视距远等优点，由于系留翼伞具有刚柔耦合特性，控制系统设计难度高，目前还缺乏有效的控制模型，技术上还不够成熟，制约了新型滞空飞行平台的应用。从系留翼伞刚柔耦合动力学建模、系留翼伞非定常气动力建模、系留翼伞刚柔混合状态空间建模、系留翼伞刚柔混合控制技术实现等四个方面探索了基于刚柔混合模型的系留翼伞控制方法，并验证了该方法的有效性。     

降落伞缩距软着陆技术的研究及其进展

降落伞缩距软着陆技术是过去十多年中，美国在研的一种先进的缓冲减速技术。该技术通过在货物即将触地之前强力收缩货物吊带，产生较高拉力，使货物（回收物，空投物）和降落伞间距缩短，随之使货物减速，实现软着陆。经过近十多年研究，出现了几种典型的缩距器设计，包括活塞一滑轮缩距器，马达一绞盘缩距器，以及气动肌缩距器。目前的研究集中在空投应用方面，空投质量从验证概念时的几十千克，逐步发展到9100kg，并实现了快速装卸。作为气动减速的一种先进技术，降落伞缩距软着陆技术对于航天器回收与着陆系统的研究有着借鉴和参考价值，并具有潜在的应用可能。文章对降落伞缩距软着陆技术的研完发展概况以及几种典型设计进行了介绍。     

降落伞缩距软着陆技术的研究及其进展

降落伞缩距软着陆技术是过去十多年中,美国在研的一种先进的缓冲减速技术。该技术通过在货物即将触地之前强力收缩货物吊带,产生较高拉力,使货物(回收物,空投物)和降落伞间距缩短,随之使货物减速,实现软着陆。经过近十多年研究,出现了几种典型的缩距器设计,包括活塞-滑轮缩距器,马达-绞盘缩距器,以及气动肌缩距器。目前的研究集中在空投应用方面,空投质量从验证概念时的几十千克,逐步发展到9100kg,并实现了快速装卸。作为气动减速的一种先进技术,降落伞缩距软着陆技术对于航天器回收与着陆系统的研究有着借鉴和参考价值,并具有潜在的应用可能。文章对降落伞缩距软着陆技术的研究发展概况以及几种典型设计进行了介绍。     

基于LS—DYNA的降落伞伞衣织物透气性参数仿真验证

利用已知的伞衣织物透气量与压差曲线计算得到了表征伞衣织物透气性能的两个主要参数一粘性系数和惯性系数,并运用LS—DYNA软件的流固耦合算法对其进行了验证,这对以后仿真降落伞充气过程有一定的参考作用。     

利用自然能临近空间浮空器的热特性分析

为解决临近空间浮空器驻留期间面临的“超热”、“超压”和“定点抗风”等难题,研究了一种新型的临近空间浮空器,其利用自然界的热能和风能,变“不利”为“有利”,通过简易可行的技术手段实现飞行高度和轨迹的控制,从而实现持久区域驻留。首先建立该新型浮空器的稳态热平衡模型并进行超热值的估算,然后分析系统参数。计算结果表明蒙皮的太阳吸收率和红外发射率对超热值有着重要影响,合理地选择热控涂层可以满足该新型浮空器的设计要求。     

降落伞的运动方程

当降落伞在空气中作非定常运动时,空气动量的变化率必须包括在降落伞的运动方程中。空气动量的变化率可用表观质量分量描述,这些分量的大小必须通过实验来确定。该文采用旋量的矩阵记法,推导了降落伞的运动方程,它的表达形式十分简洁,容易求解。