现代重载飞艇发展现状及趋势

 现代重载飞艇结合了传统飞艇技术和固定翼、旋翼飞机技术及气垫船技术,具有载荷能力强、续航时间长、操控简单可靠、对地面基础设施依赖小等突出优点,目前已有多个国家开展了重载飞艇的研究与技术验证。本文综述了国内外现代重载飞艇研制的进展和现状,重点描述了国外已经开展技术验证型号飞艇的相关研制项目,针对重载飞艇艇囊气动外形设计、保形结构设计与分析、升力控制及气垫着陆器设计等方面进行了梳理,探讨了技术可行性,展望了重载飞艇的发展前景。     

与给定切线多边形相切的3次Bézier样条曲线

讨论了与给定切线多边形相切的 3次Bzier样条曲线 .对于给定的切线多边形 ,在每条边上定义 1个切点及2个Bzier点 ,从而在 2个切点之间构造 2段 3次Bzier曲线 ,通过选取合适的调节参数λi,μi,ρi,3次Bzier曲线段是 2阶几何连续的 .此外 ,证明了该 3次Bzier样条曲线对切线多边形是保形的 ,该样条曲线有利于凸轮的计算机辅助设计     

蒸汽喷射器的CFD数值模拟及其性能

根据喷射器的结构特点,建立了蒸汽喷射器二维CFD模型,研究了工作参数(工作流体压力、引射流体压力和混合流体压力)和结构参数(混合室收缩段长度、等截面混合室长度和直径、扩压室长度和工作喷嘴结构等)对蒸汽喷射器性能的影响.研究表明:①等截面混合室长度和直径、工作喷嘴喉部直径以及喉管面积比φ存在使喷射系数达到最大的最佳值;②CFD不仅是预测喷射器性能的有力工具,而且使人们更加清晰地了解喷射器内流动和混合过程.     

与给定切线多边形相切的3次Bézier样条曲线

讨论了与给定切线多边形相切的3次Bézier样条曲线.对于给定的切线多边形，在每条边上定义1个切点及2个Bézoer点，从而在2个切点之间构造2段3次Bézier曲线，通过选取合适的调节参数λi，μi，ρi，3次Bézier曲线段是2阶几何连续的.此外，证明了该3次Bézier样条曲线对切线多边形是保形的，该样条曲线有利于凸轮的计算机辅助设计.     

C2连续的C-B样条保形插值曲线

本文给出了一种C2连续的C-B样条保形插值曲线的算法,在每相邻型值点之间构造两段C-B样条参数曲线,该曲线插值给定的型值点,所构造的曲线是保形的和C2连续的并且可通过控制参数{t1}及α进行局部修改。     

基于MATLAB的叶片型面几何造型及超差计算

介绍了激光非接触式四坐标测量仪图形输出系统的研制与开发。简述了叶片测量原理；采用MATLAB软件，对测得的叶片数据进行处理，并运用spline工具箱，绘制了被测叶片截面的B样条曲线，建立了叶片的三维几何模型；最后实现了模型的超差计算。     

一种非均匀有理B样条在线拟合高速平滑插补方法研究

针对连续小线段加工的平均速度低、路径不连续和振动冲击大等问题,提出了一种基于非均匀有理B样条曲线拟合的小线段平滑实时插补方法。通过分析连续小线段路径的几何特性及加工工艺,提出了连续小线段的相邻段长度比准则和相邻段临界夹角准则来选择满足要求的数据点集。根据凹凸性准则对可拟合点集分段后拟合为参数曲线,通过直线和参数曲线混合插补实现连续小线段的高速平滑加工。仿真和实验结果表明,该方法能够有效的提高加工速度,减小加工过程中的振动,同时保证加工精度。     

非均匀有理B样条在线拟合高速平滑插补法

针对连续小线段加工平均速度低、路径不连续和振动冲击大等问题,提出了一种基于非均匀有理B样条曲线拟合的小线段平滑实时插补方法.通过分析连续小线段路径的几何特性及加工工艺,提出了连续小线段的相邻段长度比准则和相邻段临界夹角准则来选择满足要求的数据点集;根据凹凸性准则对可拟合点集分段后拟合为参数曲线,通过直线和参数曲线混合插补实现连续小线段的高速平滑加工.仿真和试验结果表明,该方法能够有效地提高加工速度,减小加工过程中的振动,同时保证加工精度.     

带形状参数的三角曲线曲面

为了保留B样条曲线的优点,同时克服B样条曲线在控制顶点给定的情况下不具备形状可调性、不能精确表示椭圆(圆)的缺点,定义了一种带形状参数的三角样条曲线.新曲线具有与三次B样条曲线相同的结构与基本性质,但因为引入了形状参数,并采用三角函数作为基底,新曲线还具备了三次B样条曲线不具备的两个性质,即形状可调性和可以精确表示椭圆(圆).另外,新曲线还具有比三次B样条曲线更好的连续性和对控制多边形的逼近性.     

双锥度辊辊形参数对带钢瓢曲变形的影响

根据连续退火生产实际情况,运用MARC有限元软件,定量计算了连退炉内双锥度辊辊形参数对带钢瓢曲的影响. 模拟发现在双锥度辊锥肩处,带钢张应力和横向应力发生突变,并且带钢横向压应力和等效应力都具有最大值,此处最先发生瓢曲变形,这与现场观测到的带钢瓢曲出现的位置完全吻合. 随着总锥度和锥度比的增大,以及平直段长度和直径的减少,带钢发生瓢曲变形的概率都会增加. 其中平直段长度对带钢发生瓢曲变形的影响最大,总锥度和锥度比其次,平直段直径的影响最小.     

温度对平流层飞艇囊体材料蠕变性能的影响

蠕变是长航时平流层飞艇囊体材料的重要性能指标,对飞艇在长时间飞行中结构的稳定性具有重要意义。受限于蠕变试验设备及方法,飞艇囊体材料一般只进行常温的蠕变试验。为研究温度对平流层飞艇囊体材料的蠕变性能的影响,利用可控温的持久蠕变性能测试仪,将蠕变试验温度分别设置为-50、23、60℃,通过持久蠕变试验方法测试不同温度状态下平流层飞艇囊体材料的蠕变性能,计算了囊体材料的蠕变应变并给出了相应的蠕变曲线,分析了温度对平流层囊体材料蠕变性能的影响。结果表明:承力层为Vectran纤维的平流层飞艇囊体材料具有较低的蠕变率;相同应力状态下,蠕变的性能随温度而变化,温度越高,蠕变量越大,蠕变速度越快。可见温度对囊体材料的蠕变量和蠕变速度有明显的影响,在平流层飞艇的设计和分析中需将其作为参考指标。试验方法为平流层飞艇囊体材料的蠕变性能测试提供了新的试验途径,试验分析结果可应用于平流层飞艇的设计和囊体材料的研究,具有一定的工程应用价值。     

飞艇蒙皮振动对流场特性的影响

通过求解二维雷诺平均Navier-Stokes方程,采用SST两方程湍流模型对飞艇二维绕流流场进行数值模拟,重点分析飞艇蒙皮振动对流场的影响。为便于流场对比,在飞艇蒙皮的上表面给定一种沿流向传播的振动波型,通过调整振动的振幅、频率和波长,分析3种振动参数对流动分离和阻力的影响。研究结果表明:沿流向的蒙皮振动会使飞艇绕流流场产生显著变化。在一定振幅和频率条件下,随着波长的减小,流动分离加剧,阻力系数增加;在固定波长和频率条件下,随着振幅的增加,流动分离加剧,阻力系数增加;而在固定振幅和波长条件下,随着频率的增加,非定常效应增强,流动分离减弱,阻力系数减小;此外还发现,选取一定的振动形式和合适的参数可能起到抑制流动分离,从而减小阻力的作用,为高空飞艇减阻提供了一种技术途径。     

考虑组分相互作用的飞艇蒙皮材料力学模型

平流层空间空气稀薄,昼夜温差变化剧烈,巡航状态的平流层飞艇需要承受较大的循环压差载荷。蒙皮作为平流层飞艇的主要承力结构,其材料力学性能直接影响着飞艇的使用性。针对蒙皮材料层压结构特点,构建其细观结构模型。通过研究拉伸过程中纤维纱束与基体和膜层的相互作用,指出承力方向纤维纱束的变形过程分为弯曲状态逐步拉直和产生伸长形变两个阶段。建立了蒙皮材料拉伸过程的非线性力学模型;并通过与准静态拉伸试验获得的材料应力-应变曲线进行对比分析,校验了模型的准确性并分析了模型参数的改变对材料力学性能的影响,为平流层飞艇蒙皮材料结构优化设计提供依据。     

一种飞艇囊体结构分析方法

飞艇是典型的充气薄膜结构,对结构内应力、变形等的准确预测是这里结构设计的关键问题。基于有限元分析软件NASTRAN,提出了一种飞艇囊体结构仿真分析的方法。给出了飞艇模型的建立、网格的划分、约束施加和载荷处理等过程。通过对某飞艇模型在俯仰和转弯两种工况下的分析计算,得到飞艇囊体应力和应变分布,结果与实际情况符合较好。为飞艇囊体的设计提供了参考依据。     

FSHIP3船舶型线交互设计系统

本文介绍ＦＳＨＩＰ３的系统功能，系统特点，及其中两个主要功能模块。该系统基于母型或设计草图，按传统设计方法仿真开发。其中单根曲线工具库，集非均匀ＢＳｐｌｉｎｅ、大挠度Ｓｐｌｉｎｅ、离散点光顺理论及超越函数等数学方法综合利用于一体，但曲线最终均被拟合在统一的几何不变的ＡｒｃＳｐｌｉｎｅ系统模型中。大量实践证明，它成功地解决了船型曲线的造型、光顺、拟合和求交等问题。     

柔性飞艇主气囊干湿模态分析与影响因素

为了掌握柔性飞艇无约束状态下的模态特性,以25m平流层验证飞艇为基本分析对象,对其自振特性进行研究.根据充气膜结构的力学特点,基于柔性飞艇主气囊初始形状,通过充气压力静力非线性分析得到充气平衡形态位形和应力,利用兰索斯法进行模态数值分析.分析表明,影响柔性飞艇模态特性的主要因素为:壳单元与膜单元模型、拼接缝、不均匀质量分布、内外压差、尺寸、飞艇周围空气附加质量,且最后三者为重要影响因素;壳单元和膜单元模型频率相近且振型一致.对柔性平流层飞艇结构设计具有参考价值.     

平流层飞艇光伏电池传热特性

太阳能是平流层飞艇的理想能源,其热特性与飞艇浮力,蒙皮强度息息相关。准确预测飞艇的温度场是飞艇设计的重要步骤,但现有研究缺乏对太阳能电池的热特性分析。本文提出了一种包括太阳辐射,天空、地面长波辐射,蒙皮红外辐射和对流换热的飞艇模型,将几何模型离散化,编写C++程序计算了和分析了光伏电池的转化效率,吸收率、发射率、热阻和飞艇朝向对飞艇热性能、光伏阵列输出功率的影响。结果表明,较大的光伏阵列转化效率,发射率和等效热阻有利于改善飞艇“超冷”和“超热”现象的改善。光伏电池的辐射特性对光伏电池和氦气温度的影响最大：吸收率从0.5增加到0.9,主氦气囊昼夜温差升高约11.2K,光伏电池最高温度升高约29.8K;发射率0.1增加到0.9,主氦气囊昼夜温差降低约15.3K,光伏电池最高温度降低约50.2K。本文计算结果为飞艇的热稳定性的优化提供参考。     

GPS／INS组合系统在飞船自主定位中的应用

为了提高绕地飞船的自主定位精度，又不至于增大定位系统的体积和重量，采用紧密组合方式构成了GPS／INS定位系统，研究了在绕地飞船自主定位中的应用，根据绕地飞船运动的实际情况建立了误差状态方程和组合观测方程，仿真分析表明，建立的GPS／INS组合导航系统模型既能保证定位的高精度，又能满足目标的高动态。     

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.     

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。