平流层飞艇的关键技术探讨

平流层飞艇作为一种高空飞艇,与低空飞艇相差甚远.介绍了平流层飞艇的含义和基本要求,其关键技术涉及材料、外形结构、能源、升空、回收、定点控制等方面,目前还有很多问题急需解决,最后,分析了平流层飞艇的长期目标.     

平流层飞艇平台的发展及关键技术分析

平流层飞艇平台可分为软式飞艇、硬式飞艇和半硬式飞艇.飞艇是具有推进装置的浮空器,由艇体、尾翼、吊舱和推进装置等部分组成.推进装置包括发动机、减速器和螺旋桨,为飞艇提供前进动力.其关键技术涉及材料、结构、能源、控制技术等方面.控制技术包括动力控制、压力控制、姿态控制、定点控制、温度控制等.     

平流层飞艇上升过程的数值模拟

以多用途平流层平台为背景,对平流层飞艇的温度和运动轨迹进行了研究.在详细分析飞艇所处环境、受力、传热传质情况的基础上,建立了飞艇的空间运动和热传递模型.通过对热固耦合方程数值求解,获得飞艇在整个上升过程中膜、内部氦气、内部空气温度及空间轨迹随时间的变化规律,为平流层飞艇热性能方面研究增加了数据积累.     

平流层飞艇信息遮断系统干扰模式分析

介绍了平流层飞艇信息遮断系统的任务,分析了以平流层飞艇为信息遮断载体实施干扰的优势,根据现有的技术和能力,设计了平流层飞艇干扰器对星载SAR信号、GPS接收机、卫星通信信号和导弹预警卫星实施干扰的方案,并对其工作模式进行了分析。     

平流层飞艇的建模与解耦方法研究

描述并分析了平流层飞艇的特点,建立了该类飞艇的六自由度数学模型,在此基础上对该模型利用反馈线性化原理进行了处理以达到解耦控制的目的.结合实际数据对飞艇反馈线性化后的模型进行仿真,结果表明,该方法可以对飞艇运动方程进行精确线性化,这为飞艇的控制律设计提供了良好的基础.     

平流层飞艇上升段高度控制方案

为更好地进行平流层飞艇上升段控制并提高上升速度,建立飞艇三自由度纵向动力学方程。从理论上分析了副气囊单一控制存在上升速度较慢的问题,提出了在飞艇上升段采用螺旋桨推力＋动升力＋静升力的复合控制方案,分别对2种方案设计了控制器,并通过数字仿真验证了在飞艇上升段采用复合控制方案的合理性。     

平流层大型飞艇概念设计与建模

介绍了平流层大型飞艇的概念设计,从几何外形、结构布局、动力、能源等几方面阐述了平流层飞艇的设计方法;分析了一种具有差动升降舵的高空大型飞艇的受力情况,并对该飞艇进行了建模,得到其非线性数学模型。最后对所得到的非线性模型进行了开环仿真验证,得出了几点重要结论。     

平流层飞艇光电探测望远镜关键技术分析

介绍了光电望远镜试验平台的研究现状,对地基、天基、机载、气球平台望远镜的性能与特点进行分析和总结。大口径光电望远镜的观测质量受地球大气湍流和大气吸收的影响,有其极限探测能力,而大部分大气扰动发生在大气最底层的对流层。平流层飞艇光电望远镜不受对流层大气扰动的影响,其分辨力可显著提高。在此基础上提出平流层飞艇光电望远镜发展需突破的关键技术,涉及材料、控制、能源、高能物理、光学技术等方面。     

平流层飞艇螺旋桨初步设计方法

为设计出适用于平流层飞艇的螺旋桨,在叶素理论的假设下,通过分析叶素效率确定设计参数的取值范围,给出了平流层飞艇螺旋桨的初步设计流程。研究发现,在其他条件不变的情况下,提高桨叶拉力的方法有提高叶梢的周向速度或增加桨叶宽度;提高桨叶效率的方法包括降低叶梢的周向速度或增加桨叶的宽度。     

基于解析法的平流层飞艇上升段热力学特性分析

综合考虑了太阳辐射、地面反照辐射和红外辐射等热环境因素,建立了平流层飞艇上升段热动力学模型。通过仿真计算,分析了当大气温度变化时,飞艇上升过程中压差、排气量及蒙皮温度等因素的变化情况。结果表明：大气温度降低时,可能会引起飞艇无法达到预期高度;大气温度升高时,会造成飞艇内部压强增大,对蒙皮的安全造成威胁。     

国外近空间飞艇的现状和发展

近空间飞艇具有重要的军事应用价值,可用于战区侦查、预警、通信以及全球快速打击等。介绍美国、欧洲、俄罗斯、日本、韩国、以色列等国家近空间飞艇的应用和技术现状。总结近空间飞艇发展中面临的主要问题：定位与位置保持问题、控制问题、持续飞行的电源问题和近空间的热问题。并提出需突破的关键技术：飞行控制技术、高效轻质柔性太阳能薄膜电池技术、高比能量再生燃料电池技术及材料技术。     

附加质量及惯性矩对于大型飞艇气动性能和开环控制响应的影响

在临近空间飞行的飞艇体积庞大以保持自身浮力克服重力,排挤的大量空气在黏性效应下对飞艇的反作用力可形成附加在飞艇表面的附加质量或者附加力矩,在工程上通常忽略或简单估算,显著影响大型飞艇的飞行稳定性。该文基于数值模拟和飞行仿真的手段,考察了附加质量和力矩对于大型飞艇气动性能和操纵性的影响。针对倒Y型尾翼布局的大型飞艇,采用六自由度非定常匀加速和重叠网格的CFD技术,得到了飞艇平动和转动的附加质量和力矩; 基于计算结果,分析了布局形式对于沿y轴、z轴平动的附加质量、转动的附加力矩的影响差异; 通过飞行动力学仿真手段,考察了附加质量和力矩对于飞艇开环控制的响应影响。CFD计算结果表明,布局形式使得飞艇沿y轴和z轴平动的附加质量、绕y轴和z轴转动的附加惯性矩近似相等; 飞行仿真结果表明,考虑附加质量和力矩情况,飞艇对于开环控制的响应速度更慢,由此引起的响应迟滞可降低操控性,不可忽略。     

ICACMAC＋PID复合控制在飞艇飞行高度控制中的应用

从实用的角度出发,介绍了一种以DSPIC30F4013芯片为核心的新型无人飞艇高度控制系统,给出了系统的整体方案、实现原理和主要硬件的选型;该飞艇可实现高度的实时遥控、定高飞行、高度的实时设置以及飞行的地面监测等;针对飞艇飞行环境的复杂性和不确定性,提出了一种基于ICACMAC＋PID复合控制的高度控制系统,给出了面向微控器的详细控制算法,并通过MATLAB对该控制系统进行仿真;结果表明：该飞控系统具有很强的通用性,工作稳定可靠,控制效果优良。     

飞艇载荷能力影响因素分析

飞艇载荷能力会随着大气环境因素和飞艇自身飞行状况的变化而变化,为了找出这种变化规律,对飞艇载荷能力的影响因素进行研究。首先分析飞艇在飞行过程中处于平衡状态下的受力情况,得出对飞艇载荷能力的各种影响因素,而后通过进一步的理论分析,在一定的假设前提下,建立飞艇受力的数学模型,并利用Matlab软件进行仿真分析,给出飞艇载荷能力与大气环境、飞行情况、初始充入氦气情况、起飞高度之间的数值变化关系。该研究可为飞艇的使用提供借鉴和理论依据。