适用于城市作战的柔性充气式侦察系统设计

城市战场建筑林立、明暗分明,且作战要避免对基础设施和平民造成伤害,对建筑内部的隐藏目标进行快速打击、定点摘除。需发展能克服室内空间及地下空间侦察通信难点、可深入建筑与废墟内部进行侦察的小型无人侦察系统。利用有线实现信息传输,设计仿植物生长尖端外翻柔性充气式侦察系统。首先阐述了柔性充气式侦察平台的设计方案及气囊转向装置的原理;然后建立气囊的有限元模型,利用控制体积法进行气囊充气生长过程中的动力学性能仿真,分析了所设计柔性充气式无人系统完成自生长、避障、穿越缝隙等设计目标的可行性,研究了各气室的充气速率对行进过程中速度、囊体表面所受压力的影响;最后做实物实验进行直行、转向测试,验证了该柔性充气侦察系统的实际工作性能。研究可为后续自生长气囊设计提供支撑,并为城市战场的侦察提供新思路。

柔性充气结构在无人系统中的应用

柔性充气结构凭借其质量轻、造价低、可折叠展开和控制灵活等优点,在航空航天和软体机器人等领域都有广阔的应用前景,逐渐引起国内外研究者的重视。介绍了柔性充气结构在大面积天线、太阳能电池帆板、遮光罩、充气式太空舱、充气式无人机、飞艇、柔性充气式机器人等不同工业领域内的无人系统的应用与研究现状,分析了柔性充气结构作为承力或功能结构区别于传统刚性结构的特点,并对充气结构研制过程中所面临的关键技术,如高性能柔性气囊材料技术、折叠与展开技术、动力学建模与仿真等进行了总结,旨在为相关领域的研究与应用提供初步参考。

升力体式浮升混合飞艇多学科设计优化

升力体式混合飞艇是全球远距离大载重运输的重要选择,随着全球贸易的发展,逐渐成为国内外的研究热点。作为航空宇航技术、新能源技术和高性能材料技术相结合的新概念飞行器,混合飞艇设计过程需对多个学科进行综合考虑和优化。为了将多学科设计优化(MDO)方法引入到混合飞艇的总体设计中,将其分解为能源子系统、气动和推进子系统以及结构和重量子系统。在子系统模型构建的基础上,提出具有自适应能力的基于响应面的并行子空间优化(CSSO-RS)算法,将重量平衡和能量平衡作为实现远距离载重运输的约束条件,并提出爬升、日间巡航、滑翔和夜间巡航的多阶段任务剖面,以充分利用太阳能电池、燃料电池和锂电池的优势,实现混合飞艇的最优化设计。优化结果表明:具有自适应能力的优化算法在精确度和计算效率上均有明显的优势,同时重量分配的结果也为混合飞艇结构轻量化设计和能源系统设计提出了更高的要求。

低速大雷诺数混合飞艇气动性能分析

针对混合飞艇体积巨大同时气动外形复杂使得现有条件的风洞试验很难精确测量其气动性能的问题,开展了适用于混合飞艇气动性能分析的计算流体力学(CFD)的数值分析方法研究。考虑混合飞艇低速大雷诺数的特点,将变分多尺度方法 (VMS)与动态Smagorinsky大涡模拟(LES)模型相结合,提出了组合的VMSLES湍流模型。将基于RANS方法和LES方法的其他三种湍流模型相对比,利用雷诺数相近、实验数据丰富的6:1长椭球飞艇对不同的湍流模型进行了对比验证。结果显示LES方法预测结果与实验结果吻合较好,优于RANS方法,并能显示更多流动细节,而组合的VMS-LES模型能够更精确地捕获实验研究中观察到的二次涡。利用组合的VMS-LES模型对有翼HAV与多囊瓣HAV进行了气动性能分析,并研究了不同部件对飞艇气动特性的影响。结果表明,由于尾翼表面产生的一次涡与二次涡相互作用,尾翼在增加气动升力的同时也增加了阻力。