基于NURBS和梯度法的飞艇形状优化

采用非一致有理样条曲线(NURBS)作为飞艇外形参数化方法、基于梯度的优化方法、飞艇体积作为约束条件、飞艇的阻力系数作为目标函数的优化流程对平流层流动条件下的飞艇外形进行了优化.阻力系数通过求解二维黏性不可压缩流场获得,阻力不但包含了形状阻力也包括了黏性阻力.优化过程以LOTTE飞艇的形状为初始形状,优化的结果表明优化后飞艇的气动性能明显改善,阻力系数有了比较明显的降低.优化的结果也同时证明了该方法适用于飞艇的优化命题.      

平流层浮空器保压指标对驻空性能的影响

地面保压试验是综合评估囊体材料性能的重要手段,其设计指标将影响平流层浮空器总体驻空高度与时间的变化范围。以球形超压平流层浮空器为例,建立了驻空高度运动学模型、热力学模型及基于微孔损伤的氦气渗透模型,综合考虑驻空过程中力、热耦合引起的浮空器内部氦气压力、温度和质量等的实时变化,以囊体材料微孔当量直径为桥梁建立了平流层浮空器地面保压指标与驻空高度、驻空时间的耦合关系,通过定量分析不同保压指标下浮空器驻空性能的变化情况,提取影响规律,为保压指标的合理设计提供总体参考。     

平流层飞艇环境适应性评价模型

阐述了平流层特别是20km高度左右平流层的环境特点,分析了各种环境因素对长期在此空域中驻留飞行的平流层飞艇性能的影响,在此基础上,建立了平流层飞艇环境适应性评价指标体系。并针对其各评价指标的物理意义不同且数量级相差较大的特点提出了基于物理规划和层次分析法相结合的综合评价模型。算例和分析结论表明:抗风速度余量和产生消耗能量比在平流层飞艇对其飞行环境的适应能力评价中占有重要比重,应成为飞艇总体方案设计和论证时的重点关注指标。     

Numerical study of forced convective heat transfer around a spherical aerostat

Forced convective heat transfer is one of the major factors that dominate the thermal behaviors of aerostats. Due to the large physical size, the convection around an aerostat has high Reynolds numbers. The existing forced convective heat transfer correlations are limited to the Reynolds number lower than 10⁵, which are not appropriate for aerostat applications. Therefore, it is necessary to obtain a convective heat transfer correlation applicable to spherical aerostats at high Reynolds numbers. In this paper, steady convective heat transfer from an isothermal spherical aerostat is numerically investigated. The numerical simulation is carried out by commercial computational fluid dynamic software with the Reynolds number from 20 to 10⁸. The average Nusselt numbers are obtained and compared with those of available in literature. Based on regression and optimization with software, a new piecewise correlation of Nusselt number is proposed. The verification shows that the new correlation is reliable.     

系留气球系统三拉索收放状态建模与仿真

系留气球是一种依靠气囊内的浮升气体获得浮力,并用缆索拴系固定的浮空器。系留气球、三根机械拉索、地面转动梁等构成系留气球三拉索收放系统,综合考虑收放系统中三拉索的运动特性,采用Matlab/Sim-ulink工具对近地三拉索收放运动进行系统建模,建立了整体的三拉索收放运动状态的仿真模型,仿真结果表明：仿真计算结果与实际飞...     

平流层浮空器的热特性与研究现状

研究平流层浮空器热状况的形成机制与特性是进行热控制设计和研究热控制技术的前提,对平流层浮空器技术的发展具有重要作用。在分析平流层对流与辐射热环境特性的基础上,运用传热学基本原理分析了浮空器热状况的复杂形成机制与影响因素。评述了浮空器热特性及其控制技术的研究现状,介绍了相关研究方法、热模型与主要结果,分析了平流层浮空器热特性研究得出的基本认识与存在的问题,指出了应进一步开展的研究方向。     

平流层飞艇巡航姿态自适应神经网络补偿控制

 研究了一种基于自适应神经网络补偿的平流层飞艇前向速度与姿态控制系统设计方法。针对近似模型进行常规线性动态补偿器设计,并引入自适应径向基函数(Radial Basis Function, RBF)神经网络对模型误差进行补偿。根据Lyapunov方法得到神经网络权值自适应律,保证了闭环系统误差信号一致最终有界。该控制器设计对模型参数信息仅有较少的要求。仿真结果表明对于两类不同的飞艇模型,所设计的控制器在响应性及对未知环境风速作用的鲁棒性方面均具有良好的效果。     

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。     

蒙皮材料对浮空器热特性影响的研究

分析临近空间浮空器热特性的影响因素,并建立临近空间浮空器热特性的数学模型,采用Fortran语言编写程序,对蒙皮材料热辐射特性对浮空器热特性的影响进行了研究.结果表明,选用短波吸收率较低且长波辐射发射率较高的蒙皮材料时,氦气平均温度的昼夜差值较低,浮空器热性能越好.夜晚蒙皮温差随长波辐射发射率的增加而增加;而白天随短波辐射吸收率的增加而增加,在长波辐射发射率较大时,其对蒙皮温差的影响不大,然而长波辐射发射率比较小时,蒙皮温差会非常大,蒙皮温差的峰值出现于黎明和黄昏时段这两个时段.     

平流层飞艇纵向气动特性及减阻实验研究

以美国高空哨兵50平流层飞艇作为背景样机,通过风洞实验研究了布局形式对该型飞艇纵向气动特性的影响。研究表明:与Y形尾翼相比,十字尾翼布局形式具有更大的阻力和升力;从俯仰静稳定性的角度而言,十字尾翼在大迎角下使得飞艇从纵向静不定变为纵向静定;但由于尾翼产生较大的附加阻力,因此需要采取一定的减阻措施。进一步采用微型涡流发生器对飞艇的后体及尾翼处的流动分离进行控制,研究其在不同迎角和侧滑角工况下的减阻效能,发现在α=8°、β=0°或β=-8°、α=0°工况下可以获得减阻效果,且MVG布置更密时,获得的减阻效果更好。