平流层飞艇对转螺旋桨推进性能研究

为研究平流层飞艇对转螺旋桨安装参数对推进性能的影响,探寻其效率提升的内因,使用混合网格技术进行计算域离散,采用基于RANS方程和SST湍流模型的求解器,建立了多重参考系模型,通过与由片条理论和遗传算法优化所得结果对比,验证了数值方法的准确性.对以Clark Y翼型设计的对转螺旋桨推进性能进行了研究,分析了在不同前进比J和不同螺旋桨间距L情况下,对转螺旋桨推力系数、扭矩系数和效率的变化.结果表明,在产生相同推力的情况下,对转螺旋桨效率较单桨提高13.3%,综合扭矩仅为单桨的4.8%;随着L的增大,推力系数和扭矩系数均有所上升,当J=0.5时,效率最高;绝大多数情况下,综合扭矩低于9 N·m,对转螺旋桨前、后桨的推力比期望值为1.29.     

面向有效载荷质量的平流层飞艇设计参数优化

最大有效载荷质量是衡量平流层飞艇设计方案优劣的重要指标,最大有效载荷质量与飞艇设计的许多因素相关联,为此建立平流层飞艇各性能指标估算模型,在此基础上,提出以飞艇最大有效载荷质量为优化目标,综合考虑浮重平衡、推阻平衡、能源平衡、材料强度等方面约束的平流层飞艇设计参数优化模型,并基于混沌粒子群算法进行实例计算.研究结果表明:设计平流层飞艇时以阻力最小、质量最轻等常见指标为优化目标不能反应飞艇适应任务的能力.此外,平流层飞艇的设计是一个各子系统紧密耦合、相互制约的求解过程,与基于经验值设计的参考方案相比,经过设计参数优化后的平流层飞艇最大有效载荷质量能增加50％.     

基于信息融合的大飞艇自适应姿态解算算法

现有计算大飞艇姿态角的平衡滤波算法虽然融合了加速度和角速度信息,但其未对加速度的适用条件进行分析,从而导致了积累误差和动态解算准确性问题.针对该算法的不足,提出了根据飞艇的不同运动状态来调整姿态解算算法的融合加速度和角速度数据的自适应姿态解算算法,并通过Matlab实验验证了算法的有效性.实验结果表明,该算法有效地解决了平衡滤波算法的不足,通过引入SMV(signalmagnitudevector,信号量向量),使大飞艇的运动状态得到了准确判断,从而使积累误差问题得到了有效改善,同时提高了大飞艇的动态解算准确性.     

平流层CH4的时空变化特征及其与O3的关系

 利用1991年10月到2005年11月的HALO₃E卫星观测资料,对全球70°S～70°N范围内平流层100hPa到1 hPa的大气CH₄混合比进行了时空特征分析.结果表明:①CH₄混合比在平流层是随高度上升而逐渐减小的.平流层中上层CH₄变化存在年循环,而平流层中下层CH₄变化存在半年振荡(SAO₃),且南半球平流层CH₄的季节变化振幅要大于北半球,特别是平流层中上层.平流层各个高度上的CH₄基本呈纬向分布,但是不同高度上分布特征有所差异;②平流层CH₄混合比变化存在3个月,10个月,准25个月和准45个月左右时间尺度的周期,但是3个月的短期变化和10个月的年循环只在1996年之前明显;③不同高度上,CH₄和O₃变化的相关关系是不同的,CH₄对O₃的破坏作用并不是存在于整个平流层,似乎是在有的高度上相关关系明显,有的高度上相关关系不明显.     

飞艇监控系统的设计与实现

为了降低飞艇监控系统的成本,提出把控制子系统和监测子系统分开设计并分开部署的方法,这两个子系统通过共同组件实现相互通信,并相互协作完成监控系统的全部功能。研究结果表明:将飞艇监控系统的控制系统和监测系统分开部署的办法是完全可行的,节约了硬件资源并降低了建设成本,具有一定的应用价值。该成果可以应用到其他行业的监控系统中,具有一定的推广意义。     

2003-2004年冬季北半球爆发性增温期间极地平流层甲烷、水汽的演变特征

利用欧洲空间局(ESA)提供的ENVISAT/MIPAS(Michelson Interferometer for PassiveAtmospheric Sounding)卫星观测数据以及ECMWF业务分析场,综合分析了2003-2004年冬季北半球爆发性增温(SSW)事件中极地平流层大气甲烷和水汽的演变特征.结果表明:(1)增温出现时,平流层高、中层极涡先后发生分裂,对应的甲烷、水汽极值中心也同时发生分裂;(2)增温下传过程中,平流层中上层甲烷、水汽同时具有"向上输送"的特征,这主要是由极地平流层的上升运动造成;增温过程中行星波活动引起的向极输送造成这种"向上输送"特征在高层具有一定的超前性;(3)增温后期,高层极涡迅速恢复,极涡内的下沉运动将中间层低层的空气(甲烷、水汽浓度极低)输送进入平流层,造成平流层高层极涡(52 km附近)内出现甲烷、水汽浓度的异常低值.     

飞艇柔性变形对气动特性的影响研究

软式飞艇在低充气内压和来流共同作用下,其整体结构刚度较小,应视为柔性体.飞艇所产生的柔性变形和流场之间的耦合已经成为大家越来越关注的问题.利用数值方法模拟了平流层飞艇外流场和柔性变形的非动态相互耦合作用,并通过风洞实验验证了所建薄膜体变形和流场数值模拟及气动载荷耦合计算模型的适用性.利用该模型进一步确定外流场作用下艇体柔性变形对总体性能的影响,对平流层柔性飞艇的工程应用具有一定的参考价值.     

对流层与平流层大气气溶胶微粒子的激光散射特性

根据Mie散射理论, 计算大气气溶胶主要微粒子的光散射光学截面和散射强度分布. 结果表明, 对流层和平流层中的微粒子在不同波段和粒径下, 对光的散射能力不同. 并模拟了散射场传播形成的彩色环, 衍射彩色环包含了粒子的尺寸和光学特性信息.      

舵面故障情况下推力矢量在飞艇中的应用研究

推力矢量控制技术是一种先进的推力控制方案,将其应用于飞艇的飞行控制,可以在飞艇低速气动舵面失效或者舵面故障等特殊情况下,辅助甚至替代舵面控制飞艇正常飞行。建立了考虑推力矢量的飞艇数学模型,增加了飞艇的控制余度,分析了飞艇常见的舵面故障形式,研究了推力矢量对飞艇舵面故障的补偿和重构。仿真结果表明,推力矢量可以在舵面故障情况下对飞艇进行有效的控制,提高飞艇飞行的安全性和可靠性。     

平流层飞艇升空全过程的热力耦合分析

平流层飞艇在升空全过程受到复杂外界环境影响,针对其多物理场耦合的复杂升空问题建立了基于MATLAB和ADAMS联合仿真的新型热力耦合分析方法.该方法利用MATLAB建立了详细的飞艇升空热力耦合数学模型,通过时域离散及牛顿迭代法解耦获得各参数曲线,并基于ADAMS建立动力学环境下的飞艇模型,开发了ADAMS环境下实时读取...