急流风场中平流层飞艇放飞轨迹研究

本文首先建立平流层飞艇的六自由度非线性模型,根据历史气象数据建立急流风场模型,采用遗传算法对飞艇放飞轨迹寻优,对比无风和在急流风场中两种情境下飞艇放飞轨迹、放飞时间及所需能耗的变化,从而分析急流风对平流层飞艇放飞过程的影响.系统仿真结果表明,急流风在平流层飞艇放飞过程中有着显著的影响,仿真结果可以为实际放飞计划提供参考.     

时变系统流场动量定理的积分形式及其在流体动力系数分析中的应用

为解决飞艇的非定常流体动力系数的计算问题,利用准平衡假设在涡量流体动力学理论的基础上构建了一种流体动力系数计算方法.首先提出了时变系统的概念及其与流场空间区域的对应关系,在此基础上建立了时变系统的输运方程和流场动量定理积分形式为后面的讨论做准备.其次,将动量定理应用于一个由无穷远固定边界和物面所包含的流体系统,将流体动力表征为流场扰动动量总和变化率的函数.进而提出准平衡假设的概念,将有粘流中流场扰动速度、第一涡量矩和扰动动量表示为运动体速度和角速度的函数.最后,采用CFD技术,数值确定了这种关系并代入流体动力表达式,得到有粘流中流体动力系数的计算方法.研究结果还表明,由于考虑了系统的时变性,在得到的流体动力表达式中将多出一个稳态流体动力项.这个稳态流体动力项,在无粘流的情况下刚好等于零,与d’Alembert(达朗伯)佯谬的结论一致,在有粘流的情况下不等于零,与实际情况一致.     

平流层飞艇气动外形优化设计:螺旋桨的影响

建立综合螺旋桨影响的平流层飞艇气动外形优化设计平台.采用Hicks-Henne型函数法参数化艇身轮廓,发展IDW-TFI混合动网格技术实现变形网格高效生成;基于作用盘理论模拟螺旋桨,建立飞艇流场高效数值求解方法.以LOTTE飞艇作为初始外形,阻力系数最小为目标,飞艇体积作为约束条件,通过NLPQL算法寻优获得最佳艇身设计方案.优化后飞艇的尾部形状较平坦,艇身最大横截面位置前移,气动性能得到明显改善,其阻力系数相对于初始外形降低了26.88%.     

新型排翼式浮升一体化飞艇的布局设计和气动研究

以传统的NACA系列翼型为基准,设计一类实用高效的新型排翼式浮升一体化飞艇.通过数值计算,对浮升一体化飞艇的气动问题和布局设计展开系统的研究,综合分析和评估各气动布局形式的浮升特性.研究结果表明:排翼式浮升一体化飞艇不仅具有接近常规飞艇的体积效率,而且利用后翼对前翼下表面气流形成的阻滞和排翼重叠区域之间的气流加速作用,其总体升阻比较单排翼增大50%以上,当速度大于30 m·s^-1之后可以使飞艇的自重降低,有效载荷提高;同时,排翼式飞艇的弦向尺寸较小,可有效降低材料的表面张力,为高空飞艇表面柔性材料提供了较宽的选择范围.     

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。     

平流层平台任务系统原型设计与研究

总结设计约束条件,实现了包括高精度光学成像、高精度平台稳像、任务控制管理、指令与数据传输、多用户数据应用等全功能的平流层平台信息系统原型.对系统主要指标计算、关键技术情况等进行说明.经试验与测试,证明本原型系统的体系结构设计正确,系统设计开发与实现切实可行.     

AIRSHIP ATTITUDE TRACKING SYSTEM

The attitude tracking control problem for an airship with parameter uncertainties and external disturbances was considered in this paper. The mathematical model of the airship attitude is a multi-input/multi-output uncertain nonlinear system. Based on the characteristics of this system, a design method of robust output tracking controllers was adopted based on the upper-bounds of the uncertainties. Using the input/output feedback linearization approach and Liapunov method, a control law was designed, which guarantees that the system output exponentially tracks the given desired output. The controller is easy to compute and complement. Simulation results show that, in the closed-loop system, precise attitude control is accomplished in spite of the uncertainties and external disturbances in the system.     

平流层飞艇动力学与控制研究进展

本文简要介绍了飞艇的发展沿革和研究现状. 通过同传统的航空器、航天器、潜艇和低空飞艇进行比较, 阐述了平流层飞艇的飞行原理. 从基本运动模型和复杂受力情况的角度, 系统地讨论了飞艇动力学研究进展, 包括空气动力学研究、静力分析、热力学分析、柔性体动力学及流固耦合研究. 然后综述了飞艇控制方法研究进展, 包括小扰动线性化控制、输入输出反馈线性化控制、基于Lyapunov 非线性稳定性的控制及其他控制方法. 最后展望了在平流层飞艇动力学与控制领域需要从6 个方面加强研究.      

一种平流层飞艇高度控制方法

现代平流层飞艇要求飞艇能够安全、平稳地抵达平流层目标高度。首先分析了平流层飞艇高度控制与压差控制的关系, 然后针对平流层飞艇的特点提出了一种前馈式高度控制的方法。仿真结果表明,前馈式高度控制器具有一定的局限性, 不能同时满足高度和压差的控制目标。为此,提出了压差控制器以及两种解决高度控制器与压差控制器融合问题的方案, 最后的仿真结果表明, 限制高度控制权限的方案能保证飞艇安全平稳地到达目标高度。