基于片段式导流条的系留气球雷电防护系统仿真方法研究

设计基于片段式导流条的系留气球雷电防护系统。数值计算分析片段式导流条的雷电防护系统,结合试验结果给出最优布局。仿真雷电环境下安装有雷电防护系统的系留气球周围的空间电势分布及系留气球囊体表面的的电势分布。计算系留气球内外电势分布,分析雷电可能的击穿路径。仿真不同情况下系留气球表面电势分布,通过对比分析寻找雷电在囊体最可能的附着点,为系留气球雷电防护系统的设计提供重要的理论依据。     

剩余浮力对系留气球静平衡特性的影响分析

在进行系留气球总体方案设计时,剩余浮力的选择直接影响到系留气球气囊和副气囊体积等参数的设计,剩余浮力选择不当将造成研制成本的增加或静平衡特性指标无法实现。因此,对同一系留气球不同剩余浮力,及两种不同体积的系留气球在相同剩余浮力时的静平衡特性进行计算与对比分析。结果表明:对同一体积的系留气球,剩余浮力对系留气球俯仰角、高度损失和水平漂移量影响较大,且剩余浮力越大,其俯仰角、高度损失和水平漂移量越小;随着系留气球体积的增大,剩余浮力对系留气球高度损失和水平漂移量的影响将逐渐减小。     

基于气象数据系留气球状态参数计算

为分析系留气球在实际应用地气象条件下的系留状态，基于标准大气模型分别在标准大气和实际气象测量的参数下对系留气球主要状态参数重量、重心、0风速平衡俯仰角进行计算。结果表明，应用实际气象数据参数计算的结果会在标准大气计算结果的基础上呈现波动变化。通过不断积累气象数据，利用系留气球实际应用地气象参数计算可对后续系留气球设计进行指导，使系留气球更好地在任务地点使用。     

系留气球的升空模拟

建立了系留气球升空的数学模型,介绍了1个系留气球升空模拟系统的实现方法,提出了单个气球、串式球和混合式3种系留气球设计方案。利用该系统设计了系留气球模型并对其升空过程进行了模拟,和已有相似方案的对比结果,表明了该系统对实际系留气球设计有指导作用。     

系留气球空中系留系统研究

介绍系留气球空中系留系统的组成,主要包括系留缆绳、旋转铰链、系留拉索和系留抓手等。对空中系留系统进行受力分析,详细阐述各部分的设计特点及设计准则,对系留气球空中系留系统研制具有一定的参考价值。     

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。     

系留气球环境适应性研究

主要阐述环境工程在系留气球环境适应性方面的应用,通过对系留气球全寿命周期内所遇到环境因素及其影响分析,确定系留气球受到的主要环境影响因素及相应的试验方案,给出了系留气球环境适应性设计工作的工程建议.     

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。     

基于模型耦合的高空系留气球升降过程研究

为了研究高空系留气球升降特点,将气球飞行动力学模型与热力学模型相结合,通过数值仿真重点模拟并分析高空系留气球的上升与下降过程。结果表明:随着气球的升降,气球内部的气体温度变化明显,在上升过程中出现超冷现象,而在下降过程中出现超热,同时,气球内气体温度的变化又影响了气球的体积,进而通过浮力、阻力等环节对气球的升降过程起到一定的"负反馈"作用;在此基础上,气球的升降过程还需要着重考虑系留缆绳的控制作用,上升过程中缆绳的释放速度需要快,不得阻碍气球上升,而在下降过程中缆绳的收卷速度需要慢,不得超过自身的强度极限,研究得出在文中工况下高空系留气球缆绳的放线速度不小于14 m/s,回收最大拉力在90 kN量级以内。研究结果对高空系留气球系统设计具有重要的指导意义。     

以可靠性为中心的维修分析方法研究

针对系留气球定期检查与维修要求没有标准可依,提出参考GJB 1378A-2007和MSG-3的逻辑决断方法制订的系留气球的定期检查与维修要求.该方法是从系留气球维修的角度,结合综合保障分析工作的经验,总结出的一套具有实际操作性的适用于系留气球的以可靠性为中心的维修分析方法,并利用案例进行了验证分析.经测试,使用这种方法能迅速制定出适用和有效的定期检查与维修要求,从而保持系留气球的固有可靠性水平和安全性,并具有实际的操作性.