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。     

平流层飞艇太阳能电池布设区域的计算与仿真

针对合理确定薄膜太阳能电池在平流层飞艇上的布设区域,由于能源供应可行性是取决于飞艇接收的太阳辐射量.为了满足电量的需要,设计了一种应用有限元分析前处理模块的数值计算方法.方法结合使用ansys和matlab软件建立系列数学和物理模型计算出艇上薄膜太阳能电池合理的布设区域.对示例飞艇进行了仿真计算,结果表明飞艇的飞行方向、滞空时间等优化飞行参数可使艇上薄膜太阳能电池合理确定布设区域.仿真结果为平流层飞艇薄膜太阳能电池布局规划提供了理论和计算依据.     

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.     

基于Plib的飞艇飞行视景仿真设计

由于飞艇体积大、密度小,受附加惯性力显著,其动力学特性与常规飞行器有较大不同。所以。为了直观全面地了解飞艇的飞行特点,对飞艇进行飞行视景仿真是必要的。为此首先介绍了视景仿真开发工具Plib和仿真系统总体框架,然后,应用机理分析方法建立了飞艇运动模型。在此基础上,调用Plib的类方法创建三维仿真环境,重点研究了天空海洋绘制、模型导入、视点变换、图形用户界面资源及键盘鼠标响应控制等关键技术。最后应用该系统对飞艇纵侧向扰动运动进行了仿真,展现了飞艇受扰后的飞行状态和各种运动模态的变化过程,结果表明该仿真系统真实感强,实时性好,可以为飞艇的后续研制工作提供参考和帮助。     

基于变结构动态逆控制的平流层飞艇时间最优航迹设计

解决平流层飞艇自主航行的首要问题就是航迹规划。飞艇模型具有高度非线性,因此利用动态逆控制理论,通过非线性反馈和动态补偿实现飞艇非线性系统精确线性化,以方便使用庞特里亚金极小值原理设计飞艇时间最优航迹。同时以动态逆控制作为控制内环,以滑模变结构控制作为控制外环,设计双层结构的变结构动态逆航迹跟踪控制系统,实现对飞艇理想航迹的跟踪。该方法将动态逆控制的非线性解耦能力、变结构控制的鲁棒性能与庞特里亚金极小值原理有机结合,可以用来解决平流层飞艇定点悬停控制、悬停点间机动控制等问题,具有很好的工程实用价值。     

层化液体中潜体波浪力计算方法及仿真研究

应用边界元方法对层化液体中规则波的波浪力进行了理论推导,在此基础上采用在流体力学领域应用广泛的Fortran语言编程计算并对一典型界面规则波中的潜体的受力(力矩)进行了仿真计算与分析,得出结论:由于海洋中的内波基本上都属于低频长波,而本计算对低频内波有较合理的计算结果,因此对于计算海洋内波对水下潜体的影响,该计算方法比较可靠.同时与船舶科学研究中心702所耐波性水池实验结果进行了数据比对,通过实测数据与仿真数据的对比也验证了文中的理论推导和计算方法的可靠性.     

扰流片式推力矢量气动力数值仿真研究

为了确定扰流片式推力矢量控制(TVC)产生气动力的情况,应用数值仿真分析软件Fluent对加载单个圆弧型扰流片的喷管三维流场进行数值仿真。得出了扰流片产生气动力的大小随扰流片深入流场高度的规律曲线,以及阻塞面积与推力矢量偏转角度的关系。仿真结果表明:在所研究的范围内,扰流片产生的气动力大小与其伸入流场高度成线性关系,并且阻塞面积率与推力偏转角度呈正比。     

飞行器特性曲线拟合与飞行仿真研究

随着计算机技术的高速发展,计算机仿真在航空航天领域得到了广泛的应用.飞行器的计算机飞行仿真计算涉及大量气动力特性和发动机特性参数,对这些参数采用两参数和三参数的曲线拟合方法替代过去的数值插值方法,减少了输入参数的数量,大大提高了仿真程序的代码效率和仿真实时性.基于这种方法拟合发动机和飞机气动特征的特性曲线,并利用Runge-Kutta方法建立了飞行方程的数值解算程序,对某型飞机起飞-巡航-降落过程进行了数值仿真.在此基础上设计了全程可视化程序,得到了全过程的舵面控制规律,为飞行模拟器的设计提供了有效的方法和手段.     

机动再入飞行器半实物仿真系统及软件

本文描述了机动再入飞行器半实物仿真系统的组成系统软件设计，涉及到六自己度仿真、精确顿时控制、数据的高速转、仿真机与导航机的通讯以及仿真结果的处理等问题。     

基于参数空间方法和变结构控制的直接力/气动力复合控制系统设计

针对直接力/气动力复合控制防空导弹飞行控制系统快响应、强鲁棒的需求,提出了一种双反馈控制方案;考虑侧向喷流气动干扰及气动参数的不确定性,采用参数空间方法设计了角速度/伪攻角复合增稳回路;基于变结构控制理论完成了法向过载回路控制算法的设计;仿真结果可知,本文所设计的直接力/气动力复合控制系统对于脉冲发动机喷流因子的影响具有较强的鲁棒性。     

飞行试验与飞行模拟一体化平台的研究与实现

简要介绍了飞行试验实时与仿真数据综合监控平台的原理与功能,详细介绍了该技术的实施方法,阐述了综合监控技术在飞行试验中的应用前景。