飞艇运动建模与仿真验证

在研究临近空间浮空器的过程中,设计了一种低空实验飞艇.为了评价该飞艇的稳定性和操纵性,建立了飞艇的六自由度运动方程数学模型,使用Matlab/Simulink软件完成了飞艇飞行仿真软件设计.另外采用Flightgear作为飞行仿真视景软件,设计飞行仿真软件驱动视景软件的网络接口程序.利用飞行仿真软件,进行了该低空飞艇运动的仿真验证.仿真结果表明,软件达到了预定的设计目标,该实验飞艇方案可行,安定面和推进动力配置基本合理.     

小型对流层飞艇动力系统选型及性能匹配分析

针对气象条件复杂的对流层对飞艇动力系统的较高要求,基于统计分析得到对流层飞艇平台动力系统功率配置准则,完成某小型飞艇动力系统的初步选型;通过工程算法对航空活塞发动机和螺旋桨的性能进行分析、预测,计算螺旋桨与飞艇平台的驱动力平衡、螺旋桨与发动机的驱动力矩平衡,经过耦合力平衡与耦合力矩平衡完成动力系统与飞艇平台性能匹配的分析、评估。此工程方法为动力系统与飞艇平台的功率匹配分析乃至飞艇平台的飞行性能预测提供了有效方案。     

美国进行军用飞艇研究

尽管有美国国防部的阻挠,但美国陆军、海军和导弹防御局(MDA)仍公开表示要研制和使用军用的轻于大气的飞行器,并进行相应的研究。特别是,海军在“空中之舟600”的飞艇上进行了多光谱传感器空域探测的飞行试验,MDA计划着手研制远景飞艇必需的工艺技术。该技术可使飞艇在2.1万米高空长时间飞行。海军也表示支持建造不同级别的飞艇,如用于军需供应的货运飞艇,以及使用飞艇代替目前美国南部地区目前所采用的用于阻止非法入境和探测飞航式导弹的普通气球。海军专家估计,在“空中之舟600”飞艇上的多光谱传感器试验可对水雷搜索探测、反潜、生…     

科技成果

国内首套载人飞艇电传操纵系统研制成功 日前,国内首套载人飞艇电传操纵系统由西安飞行自动控制研究所研制成功,顺利进入全系统地面联试阶段。 该飞艇电传操纵系统由双余度数字计算机、数字式综合显示器、驾驶员操纵杆、分线盒和灵巧电动舵机5种共8个部件组成,首次使用PC-104     

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。     

洛克希德·马丁秘密研制两种新一代飞艇

长期以来,由于许多传统的约束一直未能得到很好的解决,飞艇的使用受到了限制.这些约束包括地面操纵系统难以驾驭,民用飞艇受制于恶劣天气和成本的要求,军用飞艇易受攻击等.     

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。     

飞艇续航时间论证方法研究

由于飞艇续航时间受飞行速度、重力浮力配平方式、载油量变化、风场条件等多种因素的影响,飞机续航时间计算方法并不适用于飞艇,因此提出了一种新的基于试验设计和统计分析方法的飞艇续航时间论证方法。分析了工作高度的风场速度分布规律,分别给出完全靠发动机推力矢量平衡和完全靠动升力平衡两种不同情况下飞艇续航时间计算方法,以某大型对流层飞艇为研究对象,计算了初始方案在不同平均巡航速度、配平重量和配平方式下的平均燃油消耗率和最大续航时间,对经过减阻、减重、减少耗油率等技术改进后优化方案能达到的续航时间和概率进行了分析和论证。研究表明,某飞艇初始方案在使用区域风场条件下基本能满足留空时间72h的指标要求,经技术改进后,指标仍有较大的提升的空间。方法考虑了飞艇续航时间的多种影响因素、取值变化和交互影响,比较适宜在飞艇这类涉及重浮力配平和任务耗油率变化的浮空器上使用。     

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。     

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.     

基于能量平衡的平流层飞艇推进系统建模与优化设计

为了在平流层飞艇推进系统高效率和轻质量需求的矛盾之中取得平衡,提出基于能量平衡的平流层飞艇推进系统建模与优化设计方法。利用试验设计和代理模型技术分别建立了高空电动机、螺旋桨的主要设计参数与其效率和质量的代理模型。建立了包含太阳能电池和储能电池的飞艇能源系统质量计算模型。以整系统能量平衡和推阻平衡为约束,以推进与能源系统总质量最小为目标,借助多岛遗传算法构建了飞艇推进系统优化设计数学模型。对某型平流层飞艇推进系统进行了优化设计,结果表明:优化后的推进系统效率提升了23%,推进与能源系统总质量降低了340 kg,验证了该平流层飞艇推进系统建模与优化设计方法的可行性和应用价值。     

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。     

平流层飞艇俯仰附加转动惯量的估算与辨识

俯仰附加转动惯量是平流层飞艇设计的关键参数之一,直接关系到飞艇的姿态和平飞控制.通过工程估算和实验辨识的方法对该参数进行了分析.结果表明,两种方法得到的结果符合较好,可以满足工程设计的要求.分析结果证明了工程估算方法的合理性和实验辨识思路在飞艇飞行品质上应用的可行性.     

临近空间变体飞艇技术研究

介绍临近空间飞艇国外发展现状,分析变体飞艇系统重量轻、飞行升限高、环境适应性和持续驻空能力强的独特优势,论述临近空间飞艇的高效变体模式,阐述临近空间变体飞艇的关键技术,如飞艇变体控制技术、飞艇飞行控制技术,为临近空间飞艇后续研究提供参考。     

高空飞艇俯仰稳定性及其边界分析

高空飞艇的俯仰稳定性及其边界直接影响飞艇的飞行安全,是飞艇总体设计和控制系统设计中的关键内容。针对某型高空飞艇,建立其小扰动线化运动模型,完成了飞艇纵向稳定性分析。首先,开发了飞艇配平与稳定性评估程序,分析飞艇开环系统的俯仰稳定边界;然后,建立了飞艇俯仰姿态跟踪的闭环系统,基于线性矩阵不等式方法,分析了飞艇飞行状态空间的俯仰稳定边界。研究表明：该线化模型下飞艇具有纵向动稳定性;随着飞行高度增加,飞艇的俯仰稳定性改善;飞艇闭环跟踪系统在二维状态子空间的俯仰稳定边界为斜椭球,内部处于稳定状态。     

美军高空飞艇

本文简述了高空飞艇的优势及面临的技术难题,重点阐述了美军高空飞艇项目如HAA项目、ISIS计划、海象飞艇、NSMV计划、HARV计划、CHHAPP、采用新材料的同温层飞艇计划和"黑暗空间站"高空漂浮飞艇平台的研制情况。指出了高空飞艇广阔的应用前景,并对我国发展高空飞艇提出了建议。     

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.      

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.      

某常规飞艇与混合式飞艇总体设计和性能分析

为了对常规单囊体飞艇和混合式飞艇各自的性能特点有更清晰的认识,分别设计了某常规飞艇和混合式飞艇的总体方案,建立了两类飞艇的分析模型,并从气动特性、浮升特性、重量特性、续航特性方面对二者的综合性能进行了比较和分析。研究表明：在体积相同的情况下,虽然混合式飞艇在阻力特性方面不如单囊体飞艇,但由于混合式飞艇动升力较大,并可以借助动升力来平衡燃油的消耗,且有效载荷大、载油量大、可操纵性好,更有利于长航时飞行。研究结果可为我国开展长航时和大载重飞艇研制提供一定的设计参考。     

二维紊流场对飞艇水平面内运动影响研究

大气紊流是影响高空飞艇水平面内巡航的重要原因,传统Dryden模型采用谱分解定理,只能生成一维大气紊流模型,对于高空飞艇复杂的飞行运动来说,生成二维紊流风场模型是必要的.基于紊流场的空间相关特性,采用离散自递归方法构建风场模型,然后结合风速矢量三角形关系式,建立扰动下的飞艇动力学模型,再对该模型进行水平竖直解耦.仿真结果表明,大气紊流作用在飞艇上的力会使飞艇较大程度地偏离其运动航迹,呈不稳定的随机波动状态.因此,构建高空飞艇动力学模型时,要充分考虑大气紊流的影响.