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.     

平流层飞艇平台建模与仿真分析

目前,平流层飞艇平台有着极高的经济和军事价值,受到极大关注.以驻守在高空的平流层飞艇平台为研究对象,描述了飞艇的结构和运动形式,采用机理分析法分析其受力情况,在以体积中心为原点的机体坐标系中建立飞艇的六自由度模型.考虑飞艇平台的附加质量,建立非线性六自由度方程.采用小扰动法,对建立的非线性六自由度微分方程线性化,根据设定的初始状态,利用Matlab/Simulink搭建飞艇模型的仿真模块,对模型进行仿真.仿真结果表明:单纯调节一个控制量不能使飞艇稳定,只有联合考虑各输入量才能较好地控制飞艇状态;建立的飞艇模型是恰当的,可以作为浮空飞行器验证模型.     

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。     

平流层飞艇静升力分析

研究飞行器在平流层定点悬停定位问题,平流层飞艇运行环境复杂多变,静升力的确定有一定难度.为保持飞行器飞行到指定高度,采用理论分析方法建立了静升力的数学模型,根据标准大气环境下平流层飞艇总静升力随飞行高度的变化规律,以及实际环境中温度变化对总静升力的影响;分析了净静升力与压差百分比、压力高度处副气囊体积比、温度和飞行高度的变化关系.利用Matlab软件平台进行了仿真分析,结果表明所建立的模型能够准确描述各因素对静升力的影响,从而为平流层飞艇的总体设计提供依据.     

平流层飞艇设备舱的被动温控

研究飞艇平流层温度优化控制问题。由于平流层环境温度较低,平流层飞艇设备舱要进行保温。为解决上述问题,理论分析了以聚苯乙烯泡沫板为保温材料的保温性能,利用Gambit软件进行网格划分、FLUENT软件求解后绘制温度分布剖面图,并采用内蒙古某场站进行飞艇飞行试验,验证设备舱的被动温控效果。同时通过发放探空的方法获取不同情况下的温度数据,对飞艇上升、平飞和下降三个阶段,详细分析不同材料保温效果,并就风速对温度的影响进行仿真,结果得出有益结论。即在选用合适厚度的聚苯乙烯泡沫板作为保温材料时,完全可以达到短时间内的设备舱保温,实现被动温控,为飞艇平流层温控优化提供了依据。     

平流层飞艇外形的设计优化

平流层飞艇是依靠浮力升空的飞行器.飞艇外形对于平流层飞艇的设计至关重要,为了获得能够满足动力结构和重量等各个学科要求的最优艇形,将综合设计优化技术引入到飞艇外形设计中,提出了适用于优化的飞艇外形生成曲线,分析了与外形有关的气动、结构和重量等因素,建立了飞艇气动阻力、表面积和最小环向应力的模型,构造了复合目标函数,并针对某飞艇外形进行了优化设计.仿真结果证明,利用蒙特卡罗算法优化设计后的艇形优于传统艇形.     

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。     

基于遗传算法的平流层飞艇路径规划设计

利用传统线性化方法--小扰动法将模型线性化,结合平流层飞艇的工作特性,把飞艇上升运动看成是纵向基准运动和横侧向扰动运动.然后采用最小值原理,根据飞艇的控制量和边界条件,设计和优化飞艇的上升轨迹,其性能目标函数是从初始点到目标点运动过程中能量消耗最小.利用遗传算法,在运动模型和控制量变化的共同约束作用下,求取目标函数的最小值.最后根据飞艇实际工作过程,对仿真结果分析表明,该方法具有实际应用价值.     

平流层飞艇多能源的优化管理系统

针对平流层飞艇的长驻空时间和复杂的飞行工况对其能源系统提出的要求,设计了平流层飞艇多能源(包括太阳能,燃料电池,锂离子电池和航空发电机)优化控制系统。结合平台能源特点和飞行任务,设计了静态能源搭载分配方案。采用分布式电源模块布局,提出了能源实时跟踪切换方法,实现动态调度各能源管理单元。通过建立有限状态机模型,结合模型建立动态实时调度方案,既降低了飞行任务与能源优化管理的耦合程度,又保证了实时互操作性。对能量平衡情况进行分析验证,得到满意的结果,对于复杂工况飞行器的能源控制系统具有普遍的参考意义。     

太阳能电站的设计与性能优化

世界能源危机和环境问题使得开发利用可再生能源和各种绿色能源以实现可持续发展成为人类必须采取的措施。而随着太阳能电池和电力电子技术的不断进步,太阳能光伏发电得到了长足的发展并已成为新能源利用的主流之一。当前,光伏发电不断向低成本、高效率和高轴功率密度方向发展,太阳能光伏利用的主要形式将是并网发电系统。本文的目的就是通过优化后的太阳辐照度计算模型,计算出该太阳能系统每天、每月以至于每年的发电量。投资者可以根据该模,制作出投资回报的数据模型。     

中小型独立光伏系统控制器存在的问题及改进

对当今中小型独立光伏系统控制器存在的主要问题进行了分析,针对两个主要的问题：光伏控制器的自身损耗过高,蓄电池荷电状态检测不够准确,提出了一些解决的方法。其中,包括两个原创的技术：用有源整流代替防逆充二极管;电流置零检测法。     

船用变流机组建模与仿真

由于大功率电力电子器件的电磁兼容问题还没有很好解决,变流机组在同时需要高品质的交流电和直流电的混合供电船舶中还占据举足轻重的地位.由于目前相关仿真研究还较少,变流机组的运行工况比较复杂,是系统仿真的难点之一,根据变流机组在船舶电力系统的运行特点和要求,建立了变流机组电机模型和励磁系统模型,仿真结果表明该模型比较准确地模拟了变流机组各种工况下的运行特性,说明数学模型和仿真方法正确,为设备的进一步设计分析与完善提供参考,同时为系统分析提供了一定的基础.     

MapReduce能耗建模及优化分析

云计算中心规模的不断扩大以及设计时对能耗因素的忽略,使其日益暴露出高能耗低效率的问题.为提高MapReduce框架能耗利用率,首先对MapReduce任务进行了能耗建模,提出基于CPU利用率估算、主要部件能耗累加及平均功耗估算的任务能耗模型,并在此基础上建立了MapReduce作业能耗模型.其次,基于能耗模型对能耗优化进行了分析,提出从优化MapReduce作业执行能耗、减少MapReduce任务等待能耗与提高MapReduce集群能源利用效率3个方向对MapReduce进行能耗优化.再次,提出异构环境下的数据放置策略减小MapReduce任务等待能耗,提出截止时间约束下的最小资源分配方法提高MapReduce作业能耗利用效率.通过大量的实验及能耗数据分析,验证了能耗模型及能耗优化方法的有效性.     

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。     

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。     

非理想Buck变换器的建模及仿真

针对以往开关变换器建模过程中一些理想化假设会引起较大误差的问题,为系统预测的稳定性,以Buck变换器为例,采用状态空间平均法建立在非理想条件下的数学模型,并利用MATLAB软件对模型进行仿真,仿真结果与理想模型和Buck变换器实际电路模型的输出波形进行对比分析,非理想模型的仿真波形和实际电路模型的波形基本一致。结论表明建立的非理想Buck变换器状态空间数学模型具有合理性和可行性,在PWM DC-DC开关变换器的建模分析中考虑寄生参数的实用性更强。     

探空湿度传感器太阳辐射误差流体动力学分析与实验研究

针对太阳辐射导致的探空湿度测量偏干问题,本文采用模拟仿真和实验进行相关研究。首先采用流体动力学（CFD）方法模拟仿真了湿度传感器在探空过程中由于太阳辐射导致的温升情况,为了验证仿真的准确性,设计湿度测量电路并搭建实验平台,研究了各种不同条件下的湿度传感器的温升误差,对比结果表明仿真值与实验值吻合度较好,最大相对误差为7.5%。其次,研究了海拔高度、太阳辐射强度、气流流速和防护罩对湿度传感器温升误差的影响,结果表明影响较大的是海拔高度,温度误差随海拔高度明显增加,防护罩的影响较小,此外温度误差与太阳辐射强度呈正相关,与气流流速呈负相关。最后以韩国RSG-20A的湿度测量系统为模型,同时以阳江比对中的一次探空数据记录作为仿真条件,模拟仿真了太阳辐射下的温度误差,再结合饱和水汽压公式计算相对误差,结果表明,32km的高空由于辐射导致的温度差值达13℃,湿度的相对误差达到70%以上。该研究为探空湿度垂直廓线的辐射误差修正提供一定依据。