平流层飞艇蒙皮强度建模与仿真研究

关于飞艇蒙皮强度优化设计问题,平流层飞艇体积巨大,而蒙皮厚度远小于飞艇长度,结构在受载情况下容易发生较大变形甚至破坏。为了给飞艇蒙皮强度设计提供依据,建立了飞艇蒙皮在只受内外压差载荷作用下的环向和轴向应力方程,用Von Mises应力来定量描述蒙皮在环向和轴向应力作用下的整体受力情况。然后建立了飞艇蒙皮的计算模型,通过在ANSYS中进行非线性仿真分析得到蒙皮各点的受力情况,并将理论应力值与有限元仿真结果进行了对比,结果验证了理论方程的有效性,为飞艇蒙皮的应力估算提供参考。     

平流层飞艇的附加质量及其对飞艇运动的影响

采用Hess-Sm ith方法对三维物体在流体中运动时的速度势进行数值计算,并用球体的理论值与之比较,验证了程序的正确性,在此基础上编写附加质量的计算程序,并与椭球的理论值进行比较,验证了该程序的可靠性。通过建立飞艇六自由度运动方程,利用不同的附加质量值计算飞艇的运动,得到了不同的运动参数值,依此判断附加质量值对飞艇运动有较大影响,不能随意假设。通过对飞艇运动状态参数的分析,指出飞艇在无控状态下是不稳定的,因此需要采用控制。     

平流层飞艇表面接收太阳能的建模与分析

平流层飞艇依靠艇载自主光伏发电系统摄取太阳辐射能来达到长期自主飞行和悬停,可应用于无线通信、空间观测和军事侦察等领域,成为当前各国研究的热点之一.分析和计算飞艇表面接收的太阳辐射能是光伏系统设计的基础.文中首先建立飞艇表面接收的辐射能量数学模型,它描述了飞艇的工作纬度、飞行方向、表面形状和接收的太阳辐射能量的关系.然后模拟分析飞艇的工作纬度、飞行方向和表面形状对接收的辐射能量的作用.结果表明:飞艇的工作纬度和飞行方向影响飞艇表面接收的辐射能量的大小和时间分布;飞艇表面的不同部分接收的辐射能量是不同的,在飞艇表面合理覆盖光伏阵列是飞艇光伏系统设计的重要任务.     

平流层演示验证飞艇实时仿真平台设计

在平流层飞艇的设计和研究中,飞行仿真可以有效验汪飞艇的动力学模型、控制器设计,检验飞艇的操纵性、飞行稳定性。同时,实时仿真技术可以提高飞艇性能,缩短研制周期。为解决上述问题,提出通过搭建飞艇的实时仿真平台,实现飞行仿真和实时仿真技术的统一。针对上海交通大学"致远一号"平流层演示验证飞艇,使用xPC target搭建了飞艇的实时仿真平台,完成了利用Simulink软件的动力学建模和控制系统设计,同时利用Flightgear飞行模拟器为仿真系统设计开发了视景仿真系统。进行仿真的结果显示,系统较好的实现了飞艇从上升到返回全过程飞行任务,视景系统直观准确地显示了飞艇在仿真过程中的状态变化,并可以为后续研究工作提供了依据。     

平流层飞艇定点气动力计算与仿真分析

研究飞艇定点动力性能分析,关于平流层飞艇动力特性问题是影响系统稳定的关键。为使飞艇能正常工作,必须对气动特性进行精确地分析。根据平流层飞艇的定点飞行特点,考虑空气粘性因素,建立了平流层飞艇的湍流边界层方程,采用动量积分关系式方法,求解飞艇表面摩擦阻力,利用有限元分析软件ANSYS仿真,分析了飞艇的空气动力特性。仿真结果表明,空气黏性对飞艇运动的影响不可忽略,动量积分法可有效解决飞艇摩擦阻力的计算。     

一类“浮力-压块”驱动飞艇建模与分析

针对一类新型"浮力-压块"驱动的自治飞艇,研究了该类飞艇的动力学建模和动力学特性。在Kirchhoff方程和Newton-Euler理论基础上,通过对飞艇运动及受力分析,建立了包括独立气囊和可运动压块的飞艇六自由度非线性动力学模型,并采用小扰动线性化方法,将飞艇运动分别限制在纵向、横侧向和e₂-e₃平面内,得到与之对应的三组飞艇线性化方程,其后基于飞艇相关参数和线性化模型,利用Matlab软件平台对飞艇运动模态和输入响应特性进行了分析研究。仿真结果验证了该类飞艇模型的正确性和理论分析的合理性,为其后控制策略设计提供理论依据。     

平流层飞艇热性能分析软件开发

为减少平流层飞艇的设计周期和设计试验经费,清晰准确地反映出平流层飞艇空间轨迹和温度场分布以及各种不同因素对轨迹和温度场分布的影响,自主开发了平流层飞艇热性能分析软件.通过建立平流层飞艇运动和热特性模型,利用VC++编程环境,对平流层飞艇在不同输入状态下的上升、浮空、下降过程中的轨迹和温度进行数值仿真,并利用图形显示界面进行显示.软件设计包括参数输入、中间计算和性能分析三个部分.软件将输出结果存储到ACCESS数据库中,增强了数据的可读性和交互性.从软件的运行结果反映出该软件涵盖面广、数据可靠、操作方便、界面生动等特点,达到预期设计目标.     

平流层飞艇试验场测试方法分析

针对平流层飞艇试验场测试需求,在分析飞艇关键系统构成的基础上,给出了试验场主要测试内容与方法,建立了试验场测试条件矩阵,给出了试验场测试项目总体流程;建立试验场测试模式,开展试验场测试系统与飞艇系统间接口设计,可为测试系统建设与试验场测试实施提供技术依据。     

平流层飞艇轨迹跟踪控制设计

基于轨迹线性化控制（TLC）理论提出了一种全驱动平流层飞艇轨迹跟踪控制设计的新方法.该方法由期望姿态生成、运动学控制和动力学控制3部分组成.首先利用期望轨迹的Frenet标架构造期望的艇体坐标系,导出期望姿态的计算公式;然后将系统运动学部分按照移动和转动分解,动力学部分按纵向与横向分解,将整个系统划分为4个回路,并分别用TLC理论进行控制设计,避免了设计时对全系统求逆的困难;最后给出了控制方法的计算步骤和平流层飞艇跟踪典型轨迹的仿真结果,结果验证了所提出方法的可行性.     

某型导弹几种典型干扰的建模与仿真

飞行过程中存在的各种干扰会使导弹偏离预定弹道而影响其精度,对各干扰因素进行合理建模及仿真很有必要;为了研究典型干扰对某型导弹弹道的影响,建立了该型导弹六自由度标准弹道模型,介绍了其飞行过程中存在的质量及转动惯量偏差、发动机推力偏心、风干扰等几种干扰并建立了偏差模型;根据实际要求针对极限拉偏情况进行了仿真试验,结果表明,该型导弹姿态角主要受风干扰影响,位置受推力偏差的影响较大,而质量及转动惯量偏差对弹道参数影响不大。     

风险控制模型及仿真分析

对经济主体的主要风险控制方案和损失模型作了研究，给出了风险自留、采取安全防护措施、购买保险转移风险、购买保险同时采取安全防护措施、购买免陪额保险和购买免陪额保险并采取安全防护措施等6种风险控制方案的损失函数和损失效用函数。证明了损失函数为凸函数，存在风险最优控制策略。在此基础上设计了随机仿真过程模型，实例的实际运行表明，随机仿真是可行的。     

飞行仿真系统中舵机特性建模与模型降阶

针对某型电液伺服舵机特性,首先建立了线性数学模型,在此基础上推导出了传递函数。其次针对该传递函数阶数较高,难以在仿真系统中实现的问题,通过基于Gram矩阵的均衡模型降阶法,运用matlab工具箱对该传递函数进行降阶处理,得到了降阶最小实现模型。然后对原始高阶函数和降阶后函数分别进行了仿真试验,比较测试结果发现,两者仿真曲线基本一致,符合要求。最后将最小实现模型加入飞行仿真系统进行测试,结论表明该系统性能良好,完全能够替代真实舵机进行飞行控制系统仿真试验。     

RoboCup小型足球机器人建模及仿真平台研究

在机器人运动规划和运动控制的研究中,直接以实物机器人做实验不仅代价昂贵,而且所需时间长,风险大.在考虑了驱动电机动态特性的基础上,以机器人的朝向为坐标轴正方向建立坐标系,分析三轮全向移动机器人运动学模型和动力学模型;然后对比赛过程中的碰撞模型进行研究,推导出发生碰撞后机器人的速度公式;最后以Robocup小型足球机器人比赛系统为背景,采用VisualC 多线程技术构建小型组足球机器人仿真平台,并给出了系统结构框图.在小型组足球机器人的运动规划,运动控制等方面具有直接的现实意义.     

平流层通信平台MAC层的调度方案建模及仿真

平流层升空平台能够满足可提供战时服务、能快速部署,适用于区域性覆盖.为满足平台支持的多用户、多优先权、综合业务的接入策略并解决资源动态分配问题.提出了一种可以满足平台MAC层的服务质量(QoS)和动态带宽分配的调度架构,架构包括移动中心站(MCS)对移动站(MS)的带宽分配和移动站内上行业务的二级带宽调度架构,并根据不同业务需求采用不同的调度算法.仿真结果表明:调度方案能很好的满足所有类型业务的服务质量需求.并提供了较好的公平性,保证了架构的可行性.     

仿真转台误差分析及误差建模

该文针对某型三轴仿真转台的结构和工作原理，探讨了影响系统空间误差的各个误差源，总结出三轴转台的全部几何运动误差。基于多体系统运动学的基本原理，阐述了系统的拓扑结构，分析了多体系统有误差运动的基本规律，推导出特征矩阵构建方法，研究了根据特征矩阵得到三轴转台的综合空间误差。此空间误差包括了系统的空间指向误差和空间位置误差，为转台的误差补偿和精度分配提供了理论依据。该方法也可为其他类型的多自由度运动系统的误差建模及误差补偿提供理论参考。