临近空间飞艇外形优化设计与仿真

以临近空间飞艇为对象,针对传统外形设计方法中存在的问题,提出了新的优化设计方法,搭建了流程框架,编制了优化程序。首先研究了遗传算法及多学科设计理论,进而在此基础上建立了飞艇阻力、体面比、应力模型,利用多学科设计理念对飞艇气动、结构、强度进行了一体化设计。其次将遗传算法引入到优化设计当中,并利用Matlab和Fluent开展了联合仿真研究。最后结合实际应用需求进行了算例分析,验证了该方法的可行性和效果。     

共轭梯度方法在求解不可压N-S方程中的应用

采用非结构网格上的SIMPLE(Semi-implicit Method for Pressure-linked Equations)算法、k-ε湍流模型求解了三维不可压Navier-stokes方程,对低速不可压粘性流场进行数值模拟,在求解压强方程时采用共轭梯度方法,求解其它变量方程时,采用预处理的BICG(biconjugate gradients)算法.对NACA0012翼型绕流流场和飞艇绕流流场进行数值模拟并对结果进行分析,取得较好的结果.     

基于滑模神经网络的自主飞艇姿态控制

针对自主飞艇飞行环境的不确定性,提出了一种基于自适应滑模神经网络的姿态控制系统.平流层高空飞行环境对飞艇控制产生了许多不确定性因素,利用自适应变结构控制和神经网络方法设计了飞艇的俯仰通道控制器.非线性仿真结果表明:控制器能够适应对象结构参数及外部扰动的大范围变化,满足姿态控制稳定性要求,同时也消除了变结构控制系统的抖振,具有良好的鲁棒性和动态性能.     

飞艇骨架结构动态损伤识别方法

针对飞艇骨架结构中损伤引起的模态跃迁现象导致无法通过匹配损伤前后动态特性参数变化来识别损伤的难题,给出3种只基于损伤后振动响应信息进行损伤识别的动态方法。通过模态分析方法获得结构的模态参数,分别推导模态振型曲率法、均布载荷面曲率法和虚拟轴向应变法等3种损伤识别算法。定义损伤指标,并根据损伤指标局部峰值来识别和定位损伤杆件。以半硬式飞艇常见狭长构型三角截面碳纤维复合材料桁架为例,结合有限元法和自编MATLAB程序进行损伤识别仿真研究,影响参数包括损伤类型、损伤位置、损伤程度和噪声量级等,最后对损伤识别算法的有效性进行试验验证。结果表明新损伤识别方法对损伤敏感,在环境噪声工况下能准确识别和定位单个和多个损伤杆件。文中方法均基于结构整体振动信息进行损伤杆件识别,将来可用于构造飞艇骨架实时结构健康监测系统。     

平流层通信平台动力学模型的建立

分析了平流层飞艇通信平台的特点,根据飞艇的基本操作原理,建立了一个小刚度柔性飞艇的动力学模型.作为研究飞艇通信平台飞行控制的基础,这个模型包括惯性学、动力学、空间动力学等方面的物理量,为进一步设计计算机仿真飞行控制系统提供基础.     

平流层的信息对抗探讨

进入21世纪以来,由于新型的巡航导弹、隐身飞机、性能更好的预警机、TBM这些高科技武器的出现,远程精确打击会是武器系统发展的一大趋势,如何及早地发现它们将是防御方的一个难题。飞艇作为一个临近空间的机动平台也就应运而生。这是一个跨世纪的新兴学科,可能支撑许多新的空间武器。简要介绍了其作用、作战对象、主要研究内容,需要攻克的一些关键技术。     

临近空间飞艇电源系统新型拓扑结构研究

针对临近空间飞艇高压载荷的需求,文章研究了飞艇高压动力母线控制电路的拓扑结构,提出更高效、更实用的高压拓扑控制电路,设计了三电平电压变换拓扑结构,可有效减小元器件电压应力,解决高压动力母线带来的问题,提高系统的效率和可靠性。实验表明,三电平电压变换拓扑结构适用于高输入和高输出电压中大功率的应用场合,能够满足临近空间飞艇电源系统的需求。     

美国土卫六自主探测飞艇技术研究

根据土卫六星体环境特征和科学探测任务要求,结合美国自主飞艇技术研究进展,分析阐述了深空探测飞艇覆盖范围大、驻空时间长、能源消耗少等性能特点,以及可实现未来空-天-地一体立体式精细化的探测应用,并重点讨论了土卫六自主探测飞艇总体方案及关键技术,可为我国今后研制深空探测飞艇平台提供借鉴。     

“神舟八号”飞船主伞的改进设计与试验

针对“神舟号”飞船主伞存在少量局部破损的问题,“神舟八号”主伞进行了改进设计。改进的目的是减少主伞局部破损,提高主伞可靠性。主要的改进措施是增加了伞衣保护布和牵顶伞。试验结果表明,主伞破损比改进前减少了70％,达到了改进目的。     

平流层飞艇的结构健康监测系统初探

文章从介绍平流层飞艇的结构健康监测定义入手，说明了该系统研究的作用和意义以及工作原理。在分析平流层飞艇运行环境和结构可能的损伤模式的基础上，从工程应用角度出发，对结构健康监测系统方案展开了研究，探讨了平流层飞艇结构健康监测系统中的一些关键因素，为今后结构健康监测系统设计提供参考。