基于LMS Virtual. Lab的系留气球仿真与优化

系留气球在近地面收放过程中存在俯仰角过大的问题，为了更全面地了解收放过程中不同因素对球体俯仰角的影响，采用LMS Virtua1. Lab建立了带滑轮索具系统的系留气球三维动力学模型进行仿真分析，结果表明，仿真结果与理论计算、测量数据都有较高的符合度。进而运用试验设计( DOE)方法，探索典型风速下球体俯仰角的响应区间。最后基于响应面模型的优化技术，对滑轮索具系统设计进行优化，有效改善了球体在收放过程中俯仰角过大的问题。仿真模型对系留气球系统设计及收放控制有一定的指导作用。     

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。     

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。     

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。     

系留气球纵向稳定性分析

系留气球是一种应用广泛的空中平台。其运动特性是球体和系留缆绳两者的复合,总体气动布局、系留缆绳参数及风场环境对其稳定性影响非常显著,运动模态不同于一般飞行器。本文通过对球体和系留缆绳的受力特性分析,建立了其纵向运动学方程及其运动学方程的求解方法,分析了在不同风场环境下的运动模态,并数值仿真了在阵风作用下球体和系留缆绳的动态响应特性。     

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。     

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。     

某型系留气球空中逃逸仿真分析

系留气球现已应用到许多领域,针对可能出现的主要问题,有些无法用实验手段进行验证,因而采取计算机仿真加以研究。介绍了系留气球的工作状况,描述了空中逃逸的飞行过程,通过建立动力学模型的数学方程式,仿真了升空高度和升降速度与时间的关系。对同型系留气球的设计方法提供参考,为浮空器使用安全提供帮助。     

系留气球升空动力学仿真

为了研究系留气球升空过程运动状态，建立刚体气球系统六自由度非线性动力学模型以及气球升空缆绳模型，利用Aerostat Simulation仿真软件对不同升空速度和不同风速运动状态进行模拟计算。结果显示，升空过程中，放缆速度增大，则气球俯仰角增大，迎角、缆绳张力减小；风速增大，则俯仰角、迎角、缆绳张力均增大。此研究不仅可为系留气球系统设计提供理论依据，也可以为研究外场放飞决策与放飞数据提供一种分析工具。     

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。     

美国系留气球载监视系统发展分析

梳理和分析了美国的四十多年来发展和气球载监视系统使用情况。根据其现在的发展情况,分析其发展趋势。认为未来系留气球载监视系统将在美国国土安全和国防安全中继续扮演着重要角色。     

超小型机动式系留气球地面锚泊系统的设计

在体积200立方米的超小型机动式系留气球地面锚泊系统的设计方案中,具体介绍了该锚泊系统的总体设计思路,组成及关键部件的设计要点。尤其对该锚泊系统主要设计载荷计算方法和锚泊系统设备的抗倾覆设计方法进行了重点论述。该方案能够较好的实现该系统地面及空中安全锚泊功能,并能解决了该系统抗倾覆的问题。     

净升力对临近空间浮空器上升航迹的影响分析

基于临近空间浮空器动力学与热力学耦合关系,研究分析上升过程飞行航迹与内部气体热性能。建立临近空间浮空器初始充气量模型、热模型和上升过程动力学模型,通过飞行试验验证了数学模型的准确性。仿真计算了某高空科学气球的上升航迹,得到了气球净升力对爆破高度、速度等飞行航迹性能参数的影响,分析了参数变化规律与变化原因。研究结果表明,随着净升力的增加,爆破高度迅速降低,而气球上升速度逐渐上升,且上升速度的增大比爆破高度的减小相对于净升力的变化更加敏感,表明气球的净升力对航迹性能参数存在重要影响。研究结果可为临近空间浮空器设计、试验和应用提供理论参考。     

面内轨道转移过程中的绳系系统摆振特性研究

轨道转移过程中的绳系系统处于非开普勒轨道,导致系统呈现复杂的动力学行为并影响着星体的飞行安全,因此研究系统摆振特性具有重要的理论和实际意义。针对复杂的非线性和强耦合问题,利用动量矩定理建立绳系系统姿态动力学方程,以切向常值加速度轨道转移为任务背景,给出了系统质心运动轨迹;通过分析面内摆角的静态分岔现象,推导了面内、面外摆角的一阶摆动解析解;引入经典的珠点模型,研究系绳纵向和横向的振动特性,并分析了系绳摆动与系绳振动之间的耦合关系。仿真结果表明:面内轨道转移过程中,面内、面外摆角以固定的频率绕平衡位置做往返摆动,摆动频率大小以及平衡位置的变化均与系绳长度、推力加速度和所处轨道密切相关,面内摆角摆动频率接近轨道角频率时会引起共振现象,系绳在轨道转移过程中会出现大幅度横向振动等现象。     

某型增强型复合材料发射筒强度特性评估

为了评估复合材料发射筒的设计是否满足使用要求,建立了某型复合材料发射筒的三维有限元仿真计算模型,并对该型发射筒在吊装、运输、发射工作状态下的受力与变形情况进行了分析评估,得出该型复合材料发射筒在这些过程中的最大变形,采用最大应力准则推导出复合材料发射筒的最小安全系数.评估结果表明:3种工况下,该型复合材料发射筒的最大变...     

考虑控制系统故障的重复使用运载器轨迹优化

传统的重复使用运载器的制导系统与控制系统的设计是分开进行的。当运载器出现故障时,需要进行轨迹和控制的重构,故障下气动特性和配平能力的变化使得重构后的制导系统与控制系统难以良好匹配。考虑到控制系统对轨迹设计和优化的影响,通过将三自由度轨迹优化与多舵面控制分配结合,提出一种考虑控制舵面气动力和故障的重复使用运载器轨迹优化方法。仿真结果表明,多舵面控制分配算法可以将运载器故障下的配平能力转化为轨迹优化的约束条件,从而避免了传统三自由度轨迹优化方法结果无法被控制系统跟踪的可能性,并为制导与控制一体化设计提供参考依据。     

基于Simulink的小型无人机弹射架性能仿真

建立弹射系统的动态模型,为弹射起飞提供可信度高的分析设计、仿真验证平台。文章以弹力弹射系统为研究对象,建立无人机弹射起飞过程动力学、运动学模型,基于Matlab/Simulink模块,对弹性元件弹力系数、导轨长度、离架速度等参数进行了系统分析。在仿真过程中,通过改变系统的不同参数,得到了这些参数对系统弹射性能的影响规律。合理的匹配这些参数,可使用此系统弹射多种型号的无人机,提高了效率,节省了试验资源和经费。同时为无人机弹射系统优化和设计研发提供了理论依据。     

基于脱靶量数据的发射系航迹参数求解方法

针对当前海态巡航飞行试验末段外测无法跟踪测量的实际问题,基于现有脱靶量测量系统,建立了利用某脱靶量测量数据到发射系的转换模型。此模型将脱靶量测量数据统一到发射系航迹中,有利于航迹分析工作。并建立了转换结果的误差估计模型,误差模型充分考虑了脱靶量测量误差、靶船定位误差以及靶船航向角误差。利用仿真数据对转换模型及误差模型进行了计算验证。结果表明,位置误差满足精度要求。该方法对延拓外测处理时段具有积极意义。     

基于XML的运载火箭管理调度系统设计与实现

为保障运载火箭发射安全，发射过程采用牵制释放发射方式。由于整个牵制释放发射过程复杂，因此有必要建立仿真系统对其进行仿真分析。对牵制释放仿真系统中的管理调度分系统进行了软件开发研究，在明确软件功能的基础上进行需求分析和软件架构分析，研究开发过程中所需的数据协议、套接字和XML等关键技术，给出软件的具体方案设计和仿真实例。仿真结果表明，管理调度系统软件具有正确性、有效性和合理性。