浮升混合飞艇气动性能及总体参数分析

为了兼顾飞艇的气动性能和浮升特性,充分发挥二者的优势,并增强可控性,提出了一种基于NACA高升力翼型的组合嚢体式混合飞艇气动布局.采用计算流体力学(CFD)方法建立混合飞艇FLUENT计算模型,数值模拟了它在不同速度和迎角下的升阻特性、纵向静稳定性及浮升特性,并进行了总体性能评估,最后将其与常规飞艇进行了对比.结果表明:该组合嚢体飞艇布局具有较好的气动性能和效率,相同条件下提供的动升力为常规飞艇的3倍;当飞行速度大于26 m/s时,混合飞艇总升力效率开始大于常规飞艇,能够提供更好的浮升特性.此外,相同设计载荷下混合飞艇的外形尺寸更小,有利于增加有效载荷,可为低空大型混合飞艇的研发提供参考.      

大型碳纤维桁架结构模态试验及特性

基于随机子空间识别方法,采用自然脉动试验研究了大尺度、轻质高强承力型碳纤维复合材料桁架结构的模态特性.基于该桁架结构本身的特点,提出了3个基本假设,结合实际应用中桁架结构的约束条件,设计了大型碳纤维复合材料桁架的模态试验方案,并对试验结果进行了详细分析,总结了其频率特性、阻尼特性及振型特点.结合锤击法试验和有限元方法,对试验结果进行对比分析,结果表明3个基本假设合理,试验方案有效,试验分析结果可靠.研究结果可应用于浮空器结构设计和健康监测.      

高空气球热力学模型与上升过程仿真分析

基于对高空气球热力学环境的分析,建立了热力学与动力学耦合的高空气球动力学模型;并采用该模型对某高空气球的上升与驻留过程进行仿真分析.结果表明:高空气球上升过程中内部氦气存在"超冷"现象,其中平流层区域"超冷"明显,氦气平均温差为-19 K;由于"超冷",其上升速度曲线呈双"V"形变化;强太阳辐射与弱对流环境使驻留过程中氦气呈现"超热"现象,平衡时氦气平均温度比环境温度高39 K,球内氦气超压648.8 Pa.数值仿真的速度、平均温度变化规律与相关飞行试验数据相吻合,说明该仿真模型是有效的.      

工艺参数对频率选择表面传输特性试验研究

制造加工曲面频率选择表面FSS(Frequency Selective Surface)的工艺参数不同会产生FSS中心谐振频率漂移以及传输系数降低.以有限大平板FSS试件为基础,利用矢量网络分析仪PNA 8363B组成的测试系统,研究了在相同条件下加工工艺、FSS附加导电层以及FSS表面电阻率对有限大平板FSS传输性能的影响规律.结果表明,不同加工方法使得平板FSS的中心谐振频率产生漂移,该差异可能是FSS单元边缘毛刺影响的结果,该影响对FSS在各种入射角条件下的传输损耗等性能也略有影响;导电层表面电阻率对FSS的传输系数有较大影响,方块电阻越大传输系数越低,且FSS中心谐振频率也有差异;附加导电层对FSS传输特性的影响不大.      

平流层飞艇蒙皮材料织物纤维拔出过程分析

平流层飞艇高度以及昼夜温差改变,都将引起飞艇内外压差有很大的变化.飞艇蒙皮承力层纱线拔出是其撕裂现象的细观过程,对飞艇耐压能力有着重要的影响.对某平流层飞艇蒙皮材料织物层进行细观力学建模,通过研究纱线拔出过程力的变化,并与试验结果对比,指出整个拔出过程可以分为近似线性增长阶段和振荡阶段,两阶段过渡点纱线拔出力的大小对于蒙皮材料撕裂扩展性能有着重要意义.同时,平流层紫外和臭氧等复杂环境,通过对织物纱线表面老化,降低其表面性能,从而使得最大拔出力减小,飞艇耐压能力降低.     

基于副气囊耦合的飞艇纵向运动影响分析

高空大型飞艇副气囊体积占比很大,甚至达90%以上,副气囊动力学对飞艇运动产生较大影响。对巡航高度为6 000 m的某大型飞艇,建立基于圆柱容器的副气囊动力学模型,进一步构建考虑副气囊的飞艇纵向耦合动力学方程,并对飞艇纵向运动进行了数值仿真,将其与不考虑副气囊时的结果进行对比。结果表明:副气囊对大型飞艇俯仰运动有较大影响,容易引起运动发散,且耦合影响随飞艇高度增大而变小,同时副气囊体积不变时,其直径越小,动力学耦合效应影响越小;副气囊效应会降低飞艇的操纵性,在进行飞艇设计时应该予以考虑。      

升力体式浮升混合飞艇设计及参数分析

升力体式浮升混合飞艇将艇体设计为具有较大升阻比的气动外形,升力由静浮力和气动力共同提供,适用于复杂地形下的大载重运输。控制速度和迎角的变化可有效控制动升力的大小,矢量推进系统的增加共同提高了飞艇的可控性,气垫着陆系统(ACLS)有效降低了地面保障系统的复杂度。多项系统的有效集成对总体设计提出较高的要求,通过重量平衡和推阻平衡的关系,对浮升混合飞艇进行了总体设计,分析了浮重比、巡航速度等参数对于总体性能的影响规律,同时研究了浮升飞艇气动性能、总体飞行性能和经济性能,为后续详细设计和有效控制方法的研究提供基础。     

高空气球综合/开放式设计系统

开发了一种新架构的高空气球设计系统,引入了综合性、开放式的设计理念,采用面向对象的整合方法,包含了自定义开发、多Agent基线比选等开放性设计功能,通过实例证明了该系统不仅可以进行模型建立、性能分析、费用评估等分析结果综合评价,还使方案设计与数字加工、飞行仿真等实际应用结合在一起.     

基于不确定性的设计方案经济可承受性分析

研制周期中的不确定性因素对飞机总体方案的评估结果有着重要影响.通过对飞机设计过程中不确定性因素的分类及其相应处理方法的分析,建立了基于区间数层次分析法AHP(Analytic Hierarchy Process)和鲁棒设计RD(Robust Design)的概率多准则决策MCDM(Multiple-Criteria Decision-Making)方法,可用于处理不确定因素影响下的飞机总体设计方案评估问题,并使评估结果更具科学性.通过上述方法的引入,着重考虑了新技术的引入和寿命周期费用的波动对设计方案的影响,建立了基于不确定性的设计方案经济可承受性分析结构模型.最后,利用算例分析检验了上述分析模型的有效性.     

氦气渗透对高空长航时浮空器驻空能力影响

氦气渗透率是浮空器蒙皮材料的重要设计指标之一,直接影响浮空器的运行时间和成本,决定高空浮空器能否实现长航时工作。以正球型浮空器为例,根据蒙皮材料薄壳受力特点得出浮空器体积与压差关系,建立了运动学模型和基于微孔损伤的氦气渗透模型,针对不同设计高度的正球型浮空器,结合浮空器内部氦气全天温度变化情况,分析了蒙皮材料渗透率对浮空器驻留高度、驻留时间等关键性能的影响,总结了渗透率、设计高度以及热力学特性之间的关系。