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。     

基于卫星／平流层飞艇的区域导航系统设计

针对卫星/捷联惯导组合导航系统中卫星信号易受干扰的问题,为提高导航的精度和可靠性,提出了一种新的基于卫星和平流层飞艇的区域导航系统.根据区域导航平台,利用组合导航的模式,建立了同步卫星/捷联惯导/平流层飞艇组合导航的状态方程和量测方程,选取自适应联邦滤波算法作为组合导航的信息融合算法,形成联合滤波器,要以弥补卫星导航中信号易受影响的问题.最后设计开发了区域导航仿真系统,通过数字仿真表明,与卫星/捷联惯导组合导航系统相比,区域导航系统具有较高的导航精度和较好的可靠性.     

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。     

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.     

平流层飞艇地面通用测试原型系统设计

针对不同技术路线平流层飞艇试验靶场地面通用化综合测试评估的迫切需求,分析了平流层飞艇平台地面通用测试技术体制和测试矩阵,提出了飞艇地面通用测试原型系统总体架构,研究了系统功能组成和通用性;基于高速信息交换架构、合成仪器、公共测试接口等新一代自动测试系统关键技术,完成了原型系统的硬件、软件和机械结构设计方案,可以作为原型系统分系统实施方案设计、研制和综合集成调试的主要依据文件;经分析,地面通用测试原型系统可对多型号平流层飞艇实现快速自动通用测试评估,对飞行试验任务顺利完成起到的重要支撑作用。     

平流层飞艇螺旋桨设计参数对效率的影响

研究平流层飞艇螺旋桨优化设计问题,由于空气密度较小与飞行速度较慢,平流层飞艇螺旋桨叶素的雷诺数较小,使叶素翼型升阻比较低,导致现有低空使用的飞艇螺旋桨在平流层使用时效率较低.需要对平流层飞艇螺旋桨进行专门设计.传统螺旋桨分析与设计方法需要先选定螺旋桨直径与转速,再分析叶素效率与螺旋桨效率.为解决上述问题,直接采用周向速度(正比于半径与转速之积),改变了平流层飞艇螺旋桨变化的参数,进行综合设计,并进行仿真.结果证明,采用改进的方法可使初始设计参数减少一个,从而使螺旋桨效率得到明显提高.     

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.     

平流层飞艇多路视频切换器设计

针对平流层飞艇实验阶段的视频监控需求,设计了一种灵活的视频切换器。采用NXP公司的LPC2292/01型基于ARM7内核的处理器,集成了CAN总线控制器,接口电路简单可靠;使用其强大的硬件验收滤波功能,可以滤除不需要的报文信息,软件可靠性高;通过CAN总线传输切换指令,可以实时切换地面操作者关心的视频画面,解决了视频监控需求较多与遥测通信带宽不足的矛盾。经地面测试和飞行试验验证,该系统完全满足平流层飞艇飞行试验的使用需求。     

基于CIGS薄膜光伏电池的三相并网研究与仿真

针对光伏电池工程数学模型误差较大的问题,本文采用基于光伏电池物理等效电路模型对CIGS（铜铟镓硒）薄膜光伏电池阵列进行建模仿真,并采用牛顿插值算法对CIGS薄膜光伏电池阵列进行最大功率点跟踪,并网逆变器部分则采用直接电流控制策略,由此搭建仿真平台实现三相光伏并网仿真。仿真结果和数据表明了CIGS薄膜光伏电池阵列所建立模型的有效性和牛顿插值最大功率点跟踪算法的快速与准确性,以及直接电流控制策略的实用性。对CIGS薄膜光伏发电系统的工程分析和设计具有较高的参考价值。     

基于双DSP的飞艇组合导航系统设计

在分析某小型平流层验证飞艇实际应用的基础上，介绍了适合该艇的INS/GPS组合导航系统基本原理。结合高性能定点DSP TMS320F2812和双口RAM CY7C028的特点，设计了以双DSP芯片为计算核心的导航计算机，给出了组合导航系统的硬件框图与软件流程图。飞行试验结果显示该系统具有良好的实时性和满足设计要求的测量精度，为平流层飞艇组合导航系统的设计提供了一定的理论基础。     

基于多孔基片聚合物注入方法的薄膜固体氧化物燃料电池无支撑薄膜制备研究

为了控制薄膜固体氧化物燃料电池阳极的小孔尺寸,该研究提出了一种工艺简便的聚合物注入方法。首先,将液体聚苯乙烯以一定的压力注入到多孔氧化镍-氧化钇稳定的氧化锆(NiO-YSZ)基片;然后,经过机械切割,利用溅射法在阳极基片上沉积 300 nm 厚的电极薄膜;最后,利用热解法将 基片孔隙的聚苯乙烯移除,完成多孔阳极基片上的电极薄膜制备。利用该法获取的 NiO-YSZ 基片具有更好的小孔尺寸可控性,同时可以实现无支撑薄膜的制备,从而显著提高大面积薄膜固体氧化物燃料电池的生产效率。     

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。