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。     

利用自然能临近空间浮空器的热特性分析

为解决临近空间浮空器驻留期间面临的“超热”、“超压”和“定点抗风”等难题,研究了一种新型的临近空间浮空器,其利用自然界的热能和风能,变“不利”为“有利”,通过简易可行的技术手段实现飞行高度和轨迹的控制,从而实现持久区域驻留。首先建立该新型浮空器的稳态热平衡模型并进行超热值的估算,然后分析系统参数。计算结果表明蒙皮的太阳吸收率和红外发射率对超热值有着重要影响,合理地选择热控涂层可以满足该新型浮空器的设计要求。     

风场综合利用的新型平流层浮空器轨迹设计

针对平流层底部准零风层特点,提出一种基于风场综合利用进行长时区域驻空的新型平流层浮空器,系统采用南瓜形超压气球体制,建立系统的浮重模型、推阻模型和能源模型,利用迭代算法完成了总体方案设计。在此基础上,建立动力学模型和高度调控模型,针对我国某地风场模型,设计东西、南北方向独立控制区域驻留策略以及基于风场综合利用的协同控制区域驻留策略,通过SIMULINK模块开展区域驻留仿真,并对五种控制模式下的飞行轨迹进行对比分析。     

超压气球驻空过程热力学特性分析

超压气球具有结构简单、载荷量大、驻空时间长等突出优点,可以应用于侦察、通信、运输补给等各个方面,实现与空天地的衔接和中继。由于飞行原理和工作环境特殊,在其设计过程中必须重点考虑热力学特性的影响。文章详细分析了临近空间热环境,包括太阳辐射、长波辐射、对流换热等。在此基础上建立了超压气球三维瞬态热力学模型,编制了仿真程序,对超压气球驻空过程进行了研究;得到了蒙皮温度、氦气温度以及气球超压等随时间的变化规律,并分析了充气量、驻空季节纬度以及蒙皮物性对氦气温度的影响。结果表明:驻空过程气球蒙皮温度分布不均匀,随太阳方位变化而变化,最大温差达65K;考虑氦气中杂质的辐射吸收作用时,白天氦气的平均温度高于蒙皮的平均温度;氦气的"超热"会引起气球的超压,在不同季节和纬度飞行时应选择不同的充气量,将超压控制在合理范围内;为减小超压量,可以选择可见光吸收率小而红外发射率大的蒙皮材料。     

NASA高空气球的研究及其进展

高空气球是一种可以实现平流层飞行的无动力浮空器。文章重点从气球的结构、蒙皮材料、热特性研究及试飞试验等方面介绍了NASA高空气球的研究及其进展,为中国高空气球的研究发展提供参考。     

飞艇气囊压力与蒙皮张力的估算

平流层飞艇的研制开发近年来成了世界各国的研究热点,由于平流层飞艇的滞空高度高,在上升和下降时飞艇气囊的体积和压力变化动态范围很大,其气囊的设计与低空飞艇有很大的不同。为了给飞艇的气囊结构设计、强度设计提供依据,采用微元受力分析的方法,对气囊蒙皮内张力的进行了分析,得出了飞艇气囊内外压差、曲率半径、气囊蒙皮内张力的关系。该关系还可以应用于各种充气囊体的张力分析,并利用此关系对飞艇的蒙皮张力进行了计算。     

太阳电池对平流层飞艇热特性的影响分析

研究太阳电池对平流层飞艇驻空阶段热特性的影响。建立了太阳电池热模型、平流层飞艇热分析模型,包括热平衡方程、太阳直射辐射、天空散射辐射、地面反射辐射、大气长波辐射、地球长波辐射、蒙皮长波辐射、对流换热等;采用多节点模型,对平流层飞艇在驻空期间太阳电池、蒙皮与艇内氦气温度变化过程进行了数值模拟,得到了温度昼夜变化规律;分析了太阳电池（含隔热结构）的等效面积热阻、转换效率、铺装面积对平流层飞艇热特性的影响,得到了其温度昼夜变化规律。本文为平流层飞艇热性能分析和热控系统设计提供依据。     

低空环境中浮空器的热数值模拟与实验研究

浮空器在通信等领域有着广阔的应用前景。温度控制是浮空器应用中涉及的关键技术之一,因此有必要对浮空器进行热分析和实验研究。本文针对低空环境与平流层的不同,考虑太阳直接辐射、天空散射辐射、地表反射的太阳辐射、大气辐射、地表辐射以及外部对流换热等因素,建立了浮空器在地面的热分析理论模型,利用CFD软件对浮空器进行了热数值模拟,并初步进行了实验研究。通过数值模拟结果与实验数据的对比,证明了理论模型具有一定的合理性。本文也为研究浮空器升空过程提供了数学物理模型。
     

快速部署浮空器总体技术研究

快速部署浮空器通过运载器将部署平台投放到预定空域,经过分离、减速伞减速、空中充气、展开等阶段,快速完成浮空平台在平流层的部署,可以实现突发灾难区域的应急通信、应急观测、应急监控等功能,能有效弥补目前平流层浮空器放飞条件限制多、升空过程风险大和部署时间长的不足。对其系统组成、优势进行了介绍,对总体技术进行了研究设计及初步分析验证,并围绕浮力体形式、浮力体充气气体、浮力体表面材料、浮力体载重能力、浮空器分离过程等关键技术开展研究。     

高空零压气球上升过程的运动特性研究

飞行在20km～100km高度的临近空间浮空器,在区域监视、侦查、应急通信与科学实验等领域具有独特的优势。高空零压气球是常见的临近空间浮空平台之一。对其上升过程运动特性的研究有利于增加驻空时间、减少横向漂移距离。文章通过建立零压气球充气量模型和气球上升过程中的动力学模型,对气球上升过程中动力学模型进行仿真分析,结合高空飞行试验数据,验证了所建模型的准确性。在模型的基础上对比了不同浮升气体对气球上升速度以及驻空高度的影响;研究了浮升气体充气量对载荷总量的影响,并分析了气球在上升过程中的体积变化以及驻空高度与浮升气体质量的关系,最后讨论了影响气球上升特性的关键因素。可以得到零压气球上升过程运动特性与浮升气体种类、充入气体量、气球规格、载荷质量有关,假设气球可无限膨胀不发生爆炸,浮升气体密度越小,充入气体量越多,载荷质量越轻,气球的驻空高度就越高,达平衡所需时间越少;实际工程应用中,气球受材料限制不可无限膨胀,面密度小的气球,可能在上升到驻空高度前发生爆炸,要使气球携带一定质量载荷在某一高度范围驻空,其充气量不能过多,需与一些物理量满足一定关系。     

平流层验证飞艇结构体系比较研究

为研究平流层飞艇的受力、变形及合理的结构体系布局,根据平流层飞艇结构特点,提出了十种结构体系布局方案。基于浮力与重力作用下平衡形态的原理,建立平流层飞艇结构分析方法和各体系分析模型。以一个25m验证飞艇作为对象进行了系统的数值分析,与工程弹性理论进行比较,论证了各体系的结构特点,最后提出合理的结构体系。本文对平流层飞艇结构设计具有参考价值。
     

无损检测技术在姿控发动机总装中的应用探析

阐述了目视检测、射线照相检测、泄漏检测等三种无损检测技术在姿控发动机上的应用情况。重点介绍了泄漏检测技术,针对发动机的结构特点、不同系统的性能要求及总装接头连接处各种密封形式在装配测试中分别采用了浸泡法、皂泡法及氦质谱简易包封积累法等不同的泄漏检测技术。经过对几种泄漏检测方法的对比分析,得出了针对不同的系统性能要求。需要采用不同的泄漏检测方法来满足设计要求的结论。     

An improved approach for tank purge modeling

Many launch support processes use helium gas to purge rocket propellant tanks and fill lines to rid them of hazardous contaminants. As an example, the purge of the Space Shuttle's External Tank used approximately 1,100 kg of helium. With the rising cost of helium, initiatives are underway to examine methods to reduce helium consumption. Current helium purge processes have not been optimized using physics-based models, but rather use historical ‘rules of thumb’. To develop a more accurate and useful model of the tank purge process, computational fluid dynamics simulations of several tank configurations were completed and used as the basis for the development of an algebraic model of the purge process. The computationally efficient algebraic model of the purge process compares well with a detailed transient, three-dimensional computational fluid dynamics (CFD) simulation as well as with experimental data from two external tank purges.     

运载火箭推力故障不确定性下轨迹可达包络分析

针对运载火箭突发推力故障且故障存在不确定性的轨迹设计问题,提出了一种基于状态转移张量法(STT)的故障火箭轨迹可达包络分析方法。首先,建立了推力故障火箭的运动模型,通过构建故障火箭轨迹重规划问题,基于序列二次规划法获得了不考虑故障不确定性的重规划轨迹; 其次,基于线性协方差对非线性系统的不确定性传播进行建模,并对模型进行线性化,在此基础上提出了基于SST的运载火箭轨迹可达包络分析方法; 最后,通过与多次蒙特卡洛仿真对比验证所提方法在运载火箭轨迹可达包络定量分析中的有效性。     

预冷组合发动机中微通道换热器的仿真分析

建立了预冷组合循环发动机(SABRE)的氢/氦微通道换热器数学模型,进行换热特性的仿真分析。计算结果表明:仿真分析的结果与文献数据误差在10%以内,并通过对换热通道几何尺寸的相似变换,获得了微通道特征几何参数随雷诺数的响应曲线,以及氢/氦微通道换热器在特征工况条件下的特性变化规律。     

复包络数字滤波器的最大似然辨识建模

针对无线通讯系统和雷达系统的数字仿真中大量存在的复包络数字滤波器建模问题 ,提出了一种基于变量误差模型 (Errors- in- Variables Model,简记为 EV模型 )的频域最大似然参数估计方法。首先将实验测量值的中心频率移到零频 ,得到复包络滤波器的频率响应 ,然后使用最小二乘法计算复包络滤波器系数的初始估计值 ,最后使用数值迭代法对最大似然估计的代价函数进行优化 ,得到复包络滤波器系数的最佳估计。实验结果以及理论分析表明 ,与现有的复包络数字滤波器转换方法相比 ,最大似然法建模的过程更加直接 ,结果更加精确     

导弹发射包线指数优化搜索仿真分析

以某型近距空空格斗导弹为例,针对传统计算导弹发射包线精度较低、模型复杂、解算耗时长问题,分析影响导弹发射包线形状大小的重要参数,建立简化的导弹六自由度运动模型。在搜索包线边界时,综合考虑八个重要运动参数,构建指数多项式函数,粗略估算初始搜索空间,避免搜索初始值的盲目性。在黄金分割法的基础上,提出指数优化搜索算法,结合每次搜索值的空间误差和函数值误差,更新并优化下一次搜索的黄金分割点。利用模型和Matlab仿真平台,解算弹道轨迹,利用搜索到的边界值进一步优化距离多项式系数,使初始计算值更接近真实边界值。实验表明,本文方法解算的弹道轨迹和发射包线与实战中数据基本吻合,有效地提高了计算精度;指数优化搜索算法有效减少了仿真计算次数,缩短了整体耗时。     

有限元仿真模型V&V技术研究

仿真模型建模过程存在多种误差输入，将引起仿真预测结果的不精确性。采用仿真模型V&V（Verification and Validation,验证与确认）技术，进行仿真模型的建模误差分析与控制。利用物理试验数据进行仿真模型的精度评估，基于模型修正算法进行仿真建模参数的自动修正，提升仿真和试验结果的一致性，帮助设计师基于精确的仿真模型进行产品的虚拟性能预示，提升仿真技术在产品研制流程中的地位和作用。阐述了模型V&V的概念和流程，对模型V&V的关键技术和原理进行了详细论述,以NASA Rotor37转子验模为例进行了V&V案例说明。     

航天器推进系统气路减压阀温度特性研究

针对航天器推进系统,分析了氦气在气路上的工作过程,研究了氦气节流效应及其对减压阀阀体温度的影响。研究结果表明,在航天器气路正常工作的温度与压力范围内,氦气经过减压阀节流后的温升在65～68 K之间,并随减压阀进、出口压力差的增大而增大。氦气温度变化引起减压阀阀体温度的变化,因此了解阀体温度特性是减压阀热控设计的依据。     

火星探测降落伞模型高速风洞变迎角试验技术

为获得火星探测器物伞系统动力学仿真中需要使用的降落伞轴向力、法向力、俯仰力矩系数,开展了火星探测降落伞模型高速风洞变迎角试验技术研究,研制了火星探测降落伞模型高速风洞变迎角试验装置,进行了火星探测降落伞模型高速风洞变迎角试验,获得了火星探测降落伞模型在马赫数范围0.4～0.8、迎角范围0°～25°时的轴向力、法向力和俯仰力矩系数,并对支撑干扰及洞壁干扰影响进行了扣除修正。试验结果表明：火星探测降落伞模型的轴向力系数随迎角变化较小;常规透气伞的法向力系数随迎角增大而增大,在马赫数为0.4和0.6时,低透气伞的法向力系数在小迎角时随迎角增大而减小;在马赫数范围0.4～0.8时,常规透气伞静稳定,低透气伞的静稳定性较常规透气伞减小,在马赫数为0.4和0.6时,低透气伞在零迎角时静不稳定,出现了非零配平 迎角。