平流层浮空器的热数值分析

平流层浮空器的热问题对于其设计和运行控制都有很重要的影响。该文建立了单气囊的浮空器热分析模型,给出了辐射外热流的模型和计算方法,利用CFD软件对气囊的昼夜温度波动进行了数值模拟。模拟结果给出了气囊内部温度的波动幅度(算例中的内部气体昼夜温差约为44K)、蒙皮的温度分布以及内部的流动状态。结果表明:在平流层浮空器的热分析中可以不用求解浮空器内部自然对流,而将其作为固体导热问题来处理,因而为进一步的研究提供了一个更为简化的数值分析模型。     

浮空器囊体材料力学性能实时测定

浮空器在工作状态下的实时力学性能的测定,对掌握浮空器的安全状况非常必要。通常所采用的力—位移方法无法进行浮空器实时力学性能的测量。文章利用大应变应变片对囊体材料进行测试,研究了应变片在非线性应变中的表现特性,通过对测试数据的分析,揭示了应变片中单片、花片、粘合剂,加厚垫层等对测试结果的影响,验证了应变片在浮空器囊体材料中测试应用的可行性,为其在浮空器囊体力学性能实时中的应用提供技术支持。     

基于等效差压法的浮空器泄漏检测方法研究

为了解决浮空器泄漏问题,文章在差压法原理的基础上,针对浮空器体积大、运行环境复杂的特点,提出了一种等效差压法。采用数值仿真建立等效差压法模型进行研究,并将计算所得泄漏量结果与试验测得结果相比,相对误差小于5%,可见仿真结果与实际情况符合,表明该种等效差压法进行浮空器泄漏量计算方法可行。     

双气室缓冲气囊多学科设计优化

针对某型着落装备着落工况的一种双气室新型缓冲气囊,基于ISIGHT多学科设计优化平台和HYPERMESH,LS-DYNA有限元分析软件以及FORTRAN语言编写的程序,通过组合优化策略对双气室缓冲气囊进行了多学科设计研究.以气囊体积为优化目标,以上气室的高度、初始充气压力和下气室的高度、初始冲气压力、排气压力、排气孔面积、气囊底面积、着落装备过载和最小离地距离等多学科要求同时为约束条件进行了设计优化.结果表明:通过多学科设计优化,在着落装备过载和最小离地距离满足设计要求的同时,气囊体积达到了最小,减小设计周期和减少试验次数,降低研制成本.     

基于流固耦合方法的快速部署浮空器数值研究

为了研究快速部署浮空器的充气过程及其力学机理,采用逆向折叠方法建立其折叠态模型,利用任意拉格朗日欧拉方法建立了折叠态气球整个充气过程的数值模型,结构域和流场域基于拉格朗日描述,通过接触算法描述两者间的耦合关系。分析了浮空器在充气展开过程中的力学响应,并将实验结果与数值结果进行对比。结果表明为了研究快速部署浮空器充气展开过程中的力学机理和工作特性,采用逆向折叠方法建立其折叠态模型,利用任意拉格朗日欧拉方法建立了折叠态气球整个充气过程的数值模型,结构域和流场域基于拉格朗日描述,通过接触算法描述两者间的耦合关系。分析了浮空器在充气展开过程中的外形、应力和流场变化,并将实验结果与数值结果进行对比。仿真结果表明：展开过程与高压氦气源放气特性存在时变非线性耦合,其充气时长、囊体外形时变特性等因素与试验结果基本吻合。且位于底部的蒙皮应力值最高,后续设计和制造过程中需要对底部结构进行增强。通过本文提出的数值方法可以为后续不同任务和构型的快速部署浮空器设计和优化提供参考。：数值结果与实验结果基本吻合,证明了此数值方法的有效性。本方法可以为后续快速部署浮空器设计提供一定参考。     

磁控减肥胶囊反应机理及结构研究

针对肥胖且不宜剧烈运动人群的减肥需求,提出了一种可以在胃内完成充放气过程的磁控减肥胶囊模型。胶囊内通过酸碱盐反应使气囊充气,充气后的气囊在胃中通过占据胃内容积以达到减重的目的。该化学反应的发生由内部小磁铁控制,并且小磁铁的驱动可由外部磁体控制;在治疗结束后通过外部磁铁使气囊放气,胶囊可从消化道自然排出。结合化学实验确定了采用一水合柠檬酸饱和溶液与碳酸氢钠粉末反应的方案,并将溶液体积控制在2 mL内;通过COMSOL Multiphysics软件对磁铁模型进行有限元仿真分析,估算了胶囊外部磁铁的体积。研究结果揭示了磁控减肥胶囊的反应机理,也证明了该胶囊结构模型的可行性。     

高空飞艇高度控制系统设计及仿真

高空飞艇在上升和下降阶段时单独的空气舵控制或副气囊充放气操纵都难以实现飞艇的快速爬升和悬停的要求。针对高空飞艇纵的控制操纵特点,提出了采用副气囊充放气和空气舵组合控制的高空飞艇高度控制方案。当时高度存在大误差时,采用副气囊和空气舵组合控制改变飞艇的姿态实现快速爬升或下降;当接近悬停高度时,主要采用副气囊充放气进行高度调整,从而实现高度的大范围控制。首先完成了采用组合控制的高空飞艇动力学建模;然后,基于最优控制对高空飞艇纵向高度控制系统进行了设计;最后给出了高空飞艇高度控制系统的仿真验证。结果表明所提出的高空飞艇组合控制方案是可行的。     

现代浮空器军事应用

 现代浮空器在军事应用中最成熟、最普遍的是系留气球。本文介绍了系留气球相对于其他飞行器的优势,梳理了系留气球在军事应用中的主要作用,列举国外典型的系留气球系统;对系留气球的生存能力进行评估,分析了国外平流层飞艇在军事应用中的现状,最后对浮空器进行展望。     

浮空器在应急通信中的应用

 浮空器相对于固定翼无人机和四旋翼无人机等一些常规的飞行平台,具备续航时间长或飞行高度高的显著优点,高空超压气球和低空系留气球已经成为应急通信领域一种新的发展方向。以系留气球和高空超压气球在应急通信中的应用为例,梳理了浮空器在应急通信中的应用现状,总结了浮空器在应急通信中应用的显著优势,指出了亟待解决的关键问题,展望了未来浮空器在应急通信行业应用方向。     

汽车侧面碰撞中头胸部安全气囊的优化研究

为减少汽车侧面碰撞中驾驶员胸腹部的综合伤害,并保证头部HIC值满足C-NCAP的法规要求,采用有限元分析模型、逐步回归代理模型和序列优化方法对头胸部气囊进行了优化设计.以验证过的汽车有限元模型为基础,建立了一个L型头胸部气囊的有限元仿真模型.模拟了侧面安全气囊在侧碰撞条件下的响应过程,优化分析了气囊设计参数,从而进一步提高了该车的综合安全性能,进而对其优化解的可靠性进行了评估.研究结果表明:安全气囊材料泄气参数为0.040 8,气囊体积约为10.32 L,起爆时间为10 ms为最优,得到侧面碰撞的综合伤害评估值下降了16%,且保证了头部HIC值满足法规要求.     

长距离输水管线空气阀设置的研究

叙述了输水管线中空气的来源、危害以及安装空气阀的必要性,对长距离输水管线中空气阀的设置进行了探讨,认为设置空气阀可以消除气囊运动、水锤带来的危害,并使系统检修时泄水通畅,指出通过计算可以合理地确定空气阀的型号和安装位置。     

充气囊体材料撕裂及破裂后流场特性研究

通过实验的方法对囊体材料的撕裂特性和加强筋的止裂效果进行了初步的研究,并以飞艇为例利用数值模拟研究了囊体材料局部破裂后,破口处气体外泄的非定常流场结构及其演变过程.结果表明:囊体破裂后,裂纹快速扩展,通过合理地设计加强筋的强度和布局,并保证加强筋与囊体材料粘结牢固,可以起到良好的止裂效果;破口形成后,由于飞艇内外稀疏波和压缩波的作用,流场处于强烈的非定常状态,气体外泄的速度远小于裂纹的扩展速度,飞艇泻压所需时间和破口的尺寸有很大的关系,稀疏波在飞艇内的传播情况直接影响了泻压后内部压力的分布,稀疏波反射次数越多,压力分布越均匀.     

气球系统锚泊状态动力学仿真

气球系统锚泊状态由气球、左右两侧机械拉索、地面转动梁、气垫组成。风向改变时,气球通过机械拉索带动地面部件一起转动。运用Matlab/Simulink工具箱,可方便的进行系统建模,对气球系统抗风性能进行仿真分析,为气球系统设计与使用提供依据。     

大型构件搬运技术研究

本文在分析和总结国内外大型构件顶升搬运现状的基础上,结合现有气囊出运大型沉箱的现有成果,构建了气动顶升搬运大型构件系统结构模型、界定系统功能,对采用气囊集群搬运大型构件技术的应用前景进行了展望。     

某系留气球控制机箱电磁兼容性分析与设计

通过对系留气球控制机箱的分析,指出了存在电磁兼容问题的薄弱环节。介绍了电磁兼容设计的基本原理,据此说明了一种控制机箱的电磁兼容设计综合设计方法。通过机箱结构设计、电磁屏蔽设计、接地和滤波等多种手段的综合应用,提高了机箱电磁兼容性水平,取得了良好的效果。     

系留气球尾翼变形检测方法的研究与应用

尾翼边缘检测技术一直是浮空器领域的研究热点,文章通过电台实时下传尾翼姿态图片,在地面通过算法解算出尾翼变形情况,从而提前预报气球系统的不安全因素,及时排除潜在故障,保障气球的可靠性和安全性。