半硬式临近空间飞艇结构设计技术研究

结合某型号工程实例,简述了半硬式临近空间飞艇中各种承载部件的结构布局形式,以及结构之间的连接形式;以纺锤形临近空间飞艇为例,利用经验公式对软式、半硬式艇体分系统的质量进行评估;应用MSC.PATRAN/NASTRAN有限元分析软件分别建立软式、半硬式两种形式的结构有限元模型,并进行强度求解。结果表明：在相同边界约束、工况条件下,与软式飞艇相比,半硬式飞艇不仅结构强度高,有着很高的结构承载效率,而且有利于结构重心的布置,更符合结构设计规范要求。     

飞艇技术发展现状与趋势

飞艇主要由流线型艇囊、控制用的固定和活动尾翼、乘员或乘客用的吊舱以及推进系统构成。按早期的结构分类方法,飞艇可分为硬式、半硬式和软式结构。现代飞艇技术已经模糊了原先的定义,现代飞艇主要按用途进行分类:无增升类型、部分增升类型和全增升类型。     

飞艇浮升气体选择与双层结构

 飞艇艇体需充以密度比空气小的浮升气体。通常采用氢气,氦气和热空气、水蒸气也是一种可应用的浮升气体。我国地势可大致划分为3个地势台级,各地势台级下使用各种轻于空气的气体浮力计算结果如图1所示。 1.氦气 是惰性气体,不会燃烧、爆炸,是仅次于     

复合升力无人预警飞艇

此无人预警飞艇为复合升力硬式飞艇,全部结构材料包括蒙皮均为复合材料。它的内部采用框架式结构,均为模块化设计,框架中间放置数百个相互独立的气囊,气囊内充满高纯度的氦气,可以为全艇提供一部分用来抵消重力的浮力升力。气动布局整个艇身为一个完整的飞翼-升力体形状(参见图1、图2)。在飞艇达到一定速度时,巨大的气动升力面和高升力翼型可以提供另外一大部分气动升力来弥补高速硬式飞艇本身浮力升力的不足(参见图2中的俯视图和侧视图)。流线型的布局也减小了艇身的空气阻力,使飞艇的速度有一定程度的提高。两侧的短翼可保持艇身横向的稳定性,艇尾的两个全动式的垂尾可控制飞艇的偏航,每个垂尾的两侧各置有一个可以在上下方向上进行推力矢量的涵道风扇推进器,通过风扇的上下偏转运动便可控制整只飞艇的俯仰运动(参见图3)。这样通过垂尾和副翼     

平流层飞艇升降阶段BPNN惯性导航算法

软式平流层飞艇艇体在上升和下降时经常呈堆叠状态,GPS信号会被艇体间歇性遮挡,因而只能采用惯性导航。为保证在飞艇上升和下降过程中,INS/GPS组合导航系统在被艇体遮挡GPS时仍能够提供满足精度要求的导航信息,设计了一种改进的反向传播神经网络(Back Propagation Neural Network, BPNN）惯性导航算法。采用神经网络,根据惯性导航系统在1s内的速度均值和姿态变化量,预估其在1s末的位置误差和速度误差,并对惯性导航结果进行修正。仿真实验和跑车试验结果表明,在GPS失效的30s内,新算法使得位置误差低于15m,速度误差低于0.7m/s,误差相比纯惯性导航降低了85%。     

平流层飞艇囊体气密层材料及氦气透过聚合物研究现状

 平流层飞艇是一种依靠主气囊充满轻于空气的气体的浮力在18～24 km高空工作的重要的低速近空间飞行器,飞艇囊体气密层材料的气体阻隔性能特别是对氦气的阻隔性能是确保平流层飞艇正常工作和延长驻空时间的关键技术。在介绍飞艇气囊工作原理的基础上,分析了平流层飞艇对囊体材料性能的要求,重点分析了对组成层压结构囊体的气密层材料的性能要求和选材依据,并对气体透过聚合物薄膜的一般过程和机理进行了阐述。详细归纳了国内外对用做浮空气体的氦气透过聚合物的研究现状,指出高阻隔气密层材料的国产化是中国发展平流层飞艇所面临的一个瓶颈问题。     

柔性飞艇气动与变形耦合的数值模拟

软式飞艇在低充气内压和来流共同作用下,其整体结构刚度较小,应视为柔性体。飞艇所产生的柔性变形和流场之间的耦合已经成为大家越来越关注的问题。提出了一种解决充气飞艇囊体结构变形与流场变化之间耦合问题的方法,其中流场计算采用SIMPLE算法,固体变形计算采用静力非线性算法。结果表明：在零攻角条件下,飞艇的柔性变形对流场特性的影响不明显,由于气动载荷的作用,导致囊体内外压差产生变化,从而导致应力分布的变化,使得艇首系留部位加强和腰部撕裂强度之类的问题更加突出。     

一种小型无人复合式升力飞艇的设计与验证

提出一种小型无人复合式升力飞艇的设计方案,艇身为采用设计对称翼型的升力体,横截面呈椭圆形,艇翼面可倾转至垂直状态或水平状态,能够满足起飞或平飞需要.通过数值分析确定整体气动布局、升力体艇囊的设计及机翼与浮升体气动设计优化.同时提出艇囊分割分块设计制作方法,解决吊舱、机翼与艇身的连接.通过FLUENT软件计算复合飞艇的气动特性,并与相同体积的传统飞艇的气动特性进行了比较.仿真结果表明:设计的复合飞艇飞行阻力小,升力性能优越,最大升阻比迎角为8°,失速迎角可达16°,制作的缩比模型验证了设计方案的可行性.     

浮升一体化飞艇高升阻比新型布局研究

高升阻比设计是浮升一体化飞艇研制中亟待解决的关键难题,艇身是决定全艇升阻比高低的关键部件。针对飞艇高升阻比布局设计的难度及复杂约束性要求,有效结合艇身精细化气动设计、流动控制和升力体理念,引入高精度气动数值模拟等多种手段,探讨构建中央翼+边条耦合、中央翼+端板融合等多种艇身新布局形式,揭示关键几何参数表征与高升阻比特性的影响关系,获得具有高升阻比特征的浮升一体化飞艇艇身新型布局形式。结果表明：与传统混合飞艇艇身构型相比,在保证艇身体积不变和艇身宽度适当控制的前提条件下,中央翼+边条增升耦合艇身构型可提高最大升阻比约77% 以上;中央翼+端板式融合艇身构型可实现最大升阻比值由2.13 提高到3.95 以上,至少提高了85.4%。     

飞艇骨架结构动态损伤识别方法

针对飞艇骨架结构中损伤引起的模态跃迁现象导致无法通过匹配损伤前后动态特性参数变化来识别损伤的难题,给出3种只基于损伤后振动响应信息进行损伤识别的动态方法。通过模态分析方法获得结构的模态参数,分别推导模态振型曲率法、均布载荷面曲率法和虚拟轴向应变法等3种损伤识别算法。定义损伤指标,并根据损伤指标局部峰值来识别和定位损伤杆件。以半硬式飞艇常见狭长构型三角截面碳纤维复合材料桁架为例,结合有限元法和自编MATLAB程序进行损伤识别仿真研究,影响参数包括损伤类型、损伤位置、损伤程度和噪声量级等,最后对损伤识别算法的有效性进行试验验证。结果表明新损伤识别方法对损伤敏感,在环境噪声工况下能准确识别和定位单个和多个损伤杆件。文中方法均基于结构整体振动信息进行损伤杆件识别,将来可用于构造飞艇骨架实时结构健康监测系统。     

临近空间飞艇横向稳定性分析

临近空间飞艇由螺旋桨提供偏航控制力矩，空速大时操纵效率低，飞行试验中多次出现偏航通道发散，飞艇稳定性问题凸显。选用HALE-D和HiSentinel两种飞艇，通过CFD仿真方法，得到两种飞艇的静态气动参数，以强迫振荡方法获得其动导数，两种飞艇在计算角度内组合导数均为负值，模型处于阻尼状态；在此基础上，通过飞艇横向稳定性分析获得两种飞艇的稳定区间。结果表明，HALE-D飞艇的横向稳定区间大于HiSentinel飞艇，相同迎角(侧滑角)时，HALE-D飞艇的阻力较大，临近空间飞艇设计需综合考虑阻力、稳定裕度和操纵性之间的平衡。研究结果为临近空间飞艇横向稳定性分析提供了一种方法。     

柔性飞艇主气囊湿模态分析及试验研究

大型柔性飞艇是临近空间“长驻空”重要平台,具有重要的国防及民用价值,是近年来浮空器结构工程领域研究的热点之一。主气囊是柔性飞艇核心结构部件,为了研究大型柔性飞艇主气囊周边流场对其模态性能的影响,将柔性飞艇主气囊内、外气体视为不可压缩流体,将空气随囊体振动的影响作为附加质量添加到囊体结构中,采用基于势流理论的附加质量计算...     

升力浮力复合型飞艇动导数分析

计算了球体和椭球体的平移、转动加速度导数,数值模拟了NACA0015翼型的俯仰振荡,验证了计算流体动力学(CFD)方法计算动导数的有效性.模拟升力浮力复合型飞艇的强迫振荡运动,得到了全艇以及机翼、艇身、平尾和垂尾的动导数,并与常规飞艇进行了比较分析.机翼对速度导数的贡献导致复合型飞艇升沉速度导数、滚转角速度导数较常规飞艇显著增大.常规飞艇加速度导数以惯性力成分为主,但黏性力成分以及机翼对艇身和尾翼的干扰对复合型飞艇升沉、滚转和俯仰3个方向的加速度导数有重要影响,不能将加速度导数简化为附加质量系数.      

临近空间飞艇全数字仿真设计与实现

全数字仿真在临近空间飞艇研制过程中起着重作用。本文以临近空间飞艇为研究目标,首先分析飞艇的受力情况,将体积中心作为艇体坐标系原点建立飞艇动力学方程和运动学方程。综合起飞、降落和巡航中的风场特点,建立可变的风场模型。利用Matlab／simulink软件搭建仿真模型,实现飞艇全数字仿真。最后对仿真结果进行了简分析。     

中国首架软式载人氦气飞艇问世

2004年12月22日,由北京华教联合飞艇制造有限公司自行设计研制的HJ-2000型飞艇获得民航总局颁发的型号合格证、单艇适航证和飞艇专业经营许可证。这标志着我国已经具备自行设计研制软式载人氦气飞艇的能力。该飞艇的问世,打破了我国软式载人飞艇依赖进口的历史,填补了我国航空制造史上的空白,也为我国通用航空大家族增添了新的成员。     

加强演示验证试验，推进平流层飞艇研制

平流层飞艇在军事和经济建设方面应用价值很高,世界不少国家都在积极开展该领域的技术攻关和研究。在研制过程中,试验艇的验证环节十分重要。本文介绍了国外发达国家平流层飞艇的研制计划,以及中航工业特种飞行器研究所平流层飞艇研制计划和平流层飞艇试验艇的研制情况。     

大型重载飞艇梁索结构设计与应用研究现状

大型重载飞艇在运输、救援、军事等领域具有大型运输类飞机所不具备的性能优势和用途。本文归纳总结国内外有关大型重载飞艇硬式结构的设计和研究现状,从梁索结构特点、结构形式和选材、结构设计和分析方法、结构模型设计分析以及模型试验等方面进行分类综述,并对我国开展大型重载飞艇硬式结构预先研究和型号开发提出具体实施建议。     

平流层飞艇的控制模式对其定点特性的影响

通过对平流层飞艇定点过程的飞行状态、控制模式和工作环境的分析,建立了飞艇在定点阶段的热力学和动力学模型,并用C++可视化语言对控制方程编程求解。对无黑皮不充放空气和有黑皮充放空气两种不同状况、不同控制模式下的飞艇进行了飞行特性的数值模拟和对比,获得了两种不同状况下飞艇膜、黑皮、内部空气和氦气的温度以及飞艇的高度随时间的变化关系。结果表明:太阳辐射、飞艇的控制模式和太阳能电池阵列对其定点性能有较大影响。     

近太空探测传感器飞艇的最新进展

美国国防预研局ISIS项目是开发一种在同温层飞行的巨型飞艇.艇上装载大型监视雷达.最重要的是,飞艇表面结构即是雷达的天线.这一空中平台能够在空间长期滞留(数月至数年),雷达覆盖范围极大,探测距离很远,而且分辨力很高.它对于弹道导弹和巡航导弹防御以及大面积的战场监视具有重要意义.     

基于流固耦合的平流层飞艇超压-体积变化特性研究

为了更加准确反映平流层飞艇超压状态下的体积变化,基于LS-DYNA程序,运用流固耦合方法分析某飞艇超压-体积变化特性,研究弹性模量对于超压量、体积变化的影响。结果表明:飞艇内部气体超压将导致飞艇体积增大1%至4%,而飞艇体积的增大将减缓内部超压值增长的速度,超压量与体积变化呈线性关系,囊体弹性模量对飞艇体积变化有较大影响,呈非线性关系。研究结果可为平流层飞艇的结构设计和浮力控制提供一定理论支撑。