平流层飞艇驻空过程中热力学特性及影响因素研究

基于平流层环境特点,分析了影响平流层飞艇热平衡的基本热源和换热途径,建立了平流层飞艇气囊冷热面以及内部氦气之间热平衡仿真模型,并在此基础上对某概念飞艇进行了仿真分析,得出了飞艇气囊冷热面以及内部氦气随时间变化规律;采用定量分析方法,重点分析了太阳辐射吸收率、红外辐射发射率以及空速等因素对氦气温度变化的影响程度及氦气温度随其变化的关系。计算结果表明,所建立的模型可较好的描述各因素对氦气温度的影响,可为平流层飞艇总体设计提供依据。     

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方法完成主气囊在5种不同内压下的干、湿模态分析;通过模态试验测得该主气囊内压在2、4、6、8和10 kPa下的前三阶振型及频率。结果表明：干、湿模态的前3阶频率均随内压的增加而增大;同种内压下,计入囊体周围空气的附加质量后,主气囊的湿模态频率降低。     

实现结构轻量化的新型平流层飞艇研究进展

平流层飞艇具有极高的实用价值,是国内外临近空间开发的研究热点。和中低空常规飞艇相比,由于单位体积所提供的浮力大大降低,使得平流层飞艇设计时存在艇体体积、阻力和重量之间的循环关系,飞艇结构轻量化成为平流层飞艇研发的首要课题,受到了各国研究机构的高度重视。本文对目前实现平流层飞艇结构轻量化的主要方法和技术进行了整理,给出了利用这些方法实现结构轻量化的平流层飞艇研究进展,比较了这些方法的优势和不足,并对新型的平流层展开飞艇技术进行了分析。分析结果认为改进蒙皮材料性能、改变飞艇的结构形式和利用新型的空中展开飞艇将是平流层飞艇实现结构轻量化的主要手段,新型空中展开飞艇能够有效地实现结构轻量化,具备较好的发展潜力。     

Stratobus平流层飞艇项目研究进展与仿真分析

平流层飞艇是当前的前沿热点研究方向,创新性强、技术挑战大。针对国外公开在研的大型超长航时平流层飞艇项目Stratobus,首先对基本方案进行总结分析,梳理总体研究进展,然后归纳剖析囊体材料、太阳电池、可再生氢氧燃料电池、吊舱移动系统等核心关键技术方案和研究进展,在此基础上,通过数值仿真,对决定平流层飞艇总体方案可行性的浮重平衡、推阻平衡、能源平衡进行综合分析,提出了Stratobus项目发展的启示,为平流层飞艇总体设计和研究发展提供参考借鉴。     

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。     

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。     

基于液态压舱的平流层飞艇姿态调节方式研究

姿态调节机构是平流层飞艇姿态控制系统的执行部件,姿态调节贯穿于飞艇上升、平飞和下降整个过程。现有技术中,平流层飞艇姿态调节主要有升降舵、调姿副气囊和固态压舱三种形式,针对升降舵和调姿副气囊控制效率低以及固态压舱不能循环利用等问题,提出了一种基于液态压舱的平流层飞艇姿态调节新方案。论述了新方案的设计要求、结构特点以及原理分析。新方案采用液态压舱的形式,不仅提高了姿态调节控制效率,而且可以循环利用。验证飞艇飞行试验结果表明,采用该方案的姿态调节形式能够满足平流层飞艇长时间飞行控制需求。     

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。     

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     

美国海军硬式 飞艇的兴衰

飞艇是一种有动力推进,可控制飞行的轻于空气的航空器.它靠理体内密度比空气小的气体(氢、氦)在空气中产生的浮力升空,尾部的翼面用来控制航向、俯仰的稳定.飞艇按构造分为软式、半硬式和硬式三种.软式飞艇的艇体是一个空气袋,外形由气囊中的气体压力维持,半软式飞艇的艇体下部有一部分骨架支撑.而硬式飞艇的艇体有骨架支持,形成良好的流线形.在第一次世界大战中,德国巨大的齐柏林便式飞艇给人留下了深刻的印象,     

基于充气结构的非常规飞艇设计

研究充气结构在飞艇设计、制造和操控方面的用途,提出一种由受压变硬的空心管组成的充气结构,其安装在飞艇囊体上,使得飞艇结构变得更坚固。这种设计创新可以降低结构质量,也可提高非常规飞艇的动力和机械性能。同时,由于这些充气结构的简易性,制造和操作过程中面临的难题将会大大减少。     

Change rules of a stratospheric airship's envelope shape during ascent process

Stratospheric airship is a special near-space air vehicle, and has more advantages than other air vehicles, such as long endurance, strong survival ability, excellent resolution, low cost, and so on, which make it an ideal stratospheric platform. It is of great significance to choose a rea-sonable and effective way to launch a stratospheric airship to the space for both academic research and engineering applications. In this paper, the non-forming launch way is studied and the method of differential pressure gradient is used to study the change rules of the airship's envelope shape dur-ing the ascent process. Numerical simulation results show that the head of the envelope will main-tain the inflatable shape and the envelope under the zero-pressure level will be compressed into a wide range of wrinkles during the ascent process. The airship's envelope will expand with the ascent of the airship and the position of the zero-pressure level will move downward constantly. At the same time, the envelope will gradually form a certain degree of stiffness under the action of the inner and external differential pressure. The experimental results agree well with the analytical results, which shows that the non-forming launch way is effective and reliable, and the analytical method has exactness and feasibility.     

平流层飞艇尾部形状对气动阻力的影响

为了研究平流层飞艇尾部动量边界层厚度与尾涡结构,应用LES(大涡模拟)方法计算了零攻角工况下飞艇绕流场,并对LOTTE和M-LOTTE两种飞艇进行了对比分析.采用Q分布和涡量描述回转体尾涡结构,根据Q分布可以确定M-LOTTE飞艇较LOTTE飞艇尾部分离区显著减小;并分析了回转体的轴对称曲面动量边界层厚度对飞艇气动阻力的影响,随着飞艇尾部厚度逐渐减小,动量边界层厚度逐渐增大,M-LOTTE飞艇尾部动量边界层厚度明显小于LOTTE飞艇.飞艇尾部动量边界层厚度分布说明了M-LOTTE飞艇的总阻力系数较LOTTE飞艇降低17.2%的原因,同时也表明飞艇尾部形状对飞艇气动阻力影响较大.      

Light weight optimization of stratospheric airship envelope based on reliability analysis

A stratospheric airship is an essential flight vehicle in the aviation field. In this paper, optimal design approach of stratospheric airships is developed to optimize envelope shape considering three failure modes and multidisciplinary analysis models, and could also reduce the mass of a stratospheric airship to be deployed at a specific location. Based on a theoretical analysis, three failure modes of airships including bending wrinkling failure, hoop tearing failure and bending kink failure, are given to describe and illustrate the failure mechanism of stratospheric airships. The results show that the location, length and size of the local uniform load and the large fineness ratio are easier to lead to bending wrinkling failure and bending kink failure. The small fineness ratio and the increasing differential pressure are more prone to cause hoop tearing failure for an airship hull. The failure probability is sensitive to the wind field. From an optimization design, the reliability analysis is essential to be carried out based on the safety of the airship. The solution in this study can provide economical design recommendations.     

Flow visualization study of an airship model using a water towing tank

The work presented investigates the aerodynamic drag and flow physics of an airship configuration. The investigation is carried out experimentally in a water towing tank. The purpose of this project is to improve the understanding of the aerodynamic characteristics of an airship through quantitative and qualitative approaches. Qualitative measurements of integral drag force and moment are measured in the presence of a crosswind. Flow visualization using colored and fluorescent dyes has been applied to improve knowledge of the aerodynamics of airship configurations with an emphasis on the boundary layer separation, transition and hull–appendage interference effects.     

平流层飞艇研制现状、技术难点及发展趋势

平流层飞艇研制是一项庞大复杂的系统工程,其技术攻关、系统研发及工程应用中遇到的诸多关键问题与技术难点,需要用全新的理念和创新的方案解决。综述了国内外平流层飞艇研制的进展与现状,重点描述了已经开展的技术验证试飞的情况。针对平流层飞艇总体布局、超压囊体、能源系统、飞行控制和定点着陆5个方面,梳理了其技术难点、研究现状和发展趋势,从工程研制的角度探讨了相关技术难题的可行解决方案。     

基于AP10的室内飞艇控制系统研究

提出了一种室内飞艇飞行控制系统方案,详细介绍了改制方法。本方案以AP10系统为核心,采用UWB定位技术,利用自行设计的RC接收机与控制系统代替原有的RC接收系统,成功将改制后的AP10系统应用于室内飞艇上,实现了一套室内飞艇自动驾驶仪。将室内飞艇自动驾驶仪装在飞艇上进行飞行试验,结果证明：飞艇飞行能够按照预定航迹飞行,且具备了自主起降功能,达到了预期效果。     

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。