基于CFD的系留气球表面结冰研究

目的预测不同环境条件下系留气球的结冰部位与结冰量,为系留气球的安全运行提供参考依据。方法利用气候试验室对柔性材料制成的试验件进行结冰研究,并与金属表面结冰进行对比分析,明确柔性材料的结冰机理。采用数值模拟的方法,对某型系留气球进行多参数多状态结冰研究,同时开展系留气球结冰后的稳定性分析。结果保持一定刚度的柔性材料和金属材料结冰情况基本一致,结冰机理相同。计算得出了通常结冰、冻雾和冻雨条件下,各俯仰角下系留气球表面的结冰分布情况。通常结冰条件下,结冰主要发生在尾翼前缘,结冰量随风速和俯仰角增大而增大;在冻雾和冻雨条件下,结冰部位则出现在囊体和尾翼,结冰量随风速和俯仰角呈V形变化。结论依据计算结果开展稳定性分析得出,系留气球在剩余浮力正常的情况下具备一定的“结冰容限”,但长时间处于恶劣天气时仍需开展冰雪应对措施。

某系留气球整流罩热适应性设计

整流罩是系留气球重要组成部分,其内部环境受工作海拔高度、太阳辐射以及任务设备热耗等诸多因素影响。本文以某系留气球为对象,采用整流罩壁面传热和整流罩壁面传热+强迫通风两种不同的设计方案,在不同工作高度下对该系留气球整流罩的工作环境温度进行仿真分析。结果表明,采用整流罩壁面传热+强迫通风方案,送风风量为3 000 m^(3)·h^(-1)可满足不同高度下整流罩内部环控温度需求,该方案在实践中已得到成功应用。

TCOM中小型系留气球发展及对我国启示

系留气球是一种不带动力、通过连接地面设施的缆绳驻留在空中预定位置的浮空器,一般包括气球球体、系留缆绳、有效载荷、锚泊设施、地面控制系统五部分。系留气球主要依靠浮力升空,其气球球体的气动外形具有良好的静稳定性,在空中能实现自稳定,始终保持头部迎风,具有较强的抗风能力。系留气球具有留空工作时间长、载荷适配能力强、平台通用性好、可机动部署、维护费用低、使用安全和生存能力强等优点,可搭载雷达、技术侦察、通信中继、光电侦察等任务载荷,被广泛应用于中低空的目标侦察、通信中继、低空预警、环境监测、科学测量等军民领域,成功用于执行边海防长时监测、战场阵地实时监测等军事任务以及重大活动的安保任务。

近地面系留气球-缆绳复杂系统动力学建模方法

为探究系留气球在近地面工作时缆绳系统以及整体动力学响应特性,提出了一种系留气球-缆绳复杂系统动力学建模方法.通过将系留缆绳离散为若干圆柱型刚体,并以轴套力进行连接,描述系留缆绳的柔性多体特性,对系留气球系统在稳态风环境、风廓线环境以及阵风环境下进行了系统动力学建模与仿真.开展了系留气球系统结构以及环境参数对系留气球运动姿态的影响量化分析.研究结果表明,600米高度的系留气球在相同外部载荷下,系留缆绳分段数为320段时,系统的运动响应特性较为理想.

系留气球升空动力学仿真

为了研究系留气球升空过程运动状态,建立刚体气球系统六自由度非线性动力学模型以及气球升空缆绳模型,利用Aerostat Simulation仿真软件对不同升空速度和不同风速运动状态进行模拟计算。结果显示,升空过程中,放缆速度增大,则气球俯仰角增大,迎角、缆绳张力减小;风速增大,则俯仰角、迎角、缆绳张力均增大。此研究不仅可为系留气球系统设计提供理论依据,也可以为研究外场放飞决策与放飞数据提供一种分析工具。

船基系留气球AIS数据采集系统设计与实现

船舶自动识别系统可以为发展高频地波雷达技术提供验证数据集;目前,现有手段为HFSWR提供的数据集存在实时性差以及仅能对小范围内的船只进行跟踪观测等缺点,针对该问题,设计了一套船基球载AIS数据采集系统,利用系留球搭载AIS接收机进行多次海上长时间驻空实验,期间获取了来自345条船只的270580条数据;结果表明:船基球载AIS接收机这一方式能够显著提高船只之间AIS信息的接收距离,当系留球锚泊在150 m高空时,系统的AIS信息接收距离能够达到244 km;并验证了AIS海上传播模型的准确性;船基球载AIS数据采集系统可实现长期高空驻留,所获取的周边海域船只的AIS信息数据范围广,实时性高,漏报率低,是对船基HFSWR性能进行评估的有效手段。

基于气象数据系留气球状态参数计算

为分析系留气球在实际应用地气象条件下的系留状态,基于标准大气模型分别在标准大气和实际气象测量的参数下对系留气球主要状态参数重量、重心、0风速平衡俯仰角进行计算。结果表明,应用实际气象数据参数计算的结果会在标准大气计算结果的基础上呈现波动变化。通过不断积累气象数据,利用系留气球实际应用地气象参数计算可对后续系留气球设计进行指导,使系留气球更好地在任务地点使用。

系留气球的升空模拟

建立了系留气球升空的数学模型,介绍了1个系留气球升空模拟系统的实现方法,提出了单个气球、串式球和混合式3种系留气球设计方案。利用该系统设计了系留气球模型并对其升空过程进行了模拟,和已有相似方案的对比结果,表明了该系统对实际系留气球设计有指导作用。

系留气球时域响应分析

为研究系留气球稳定性,建立了系留气球的三维非线性动力学模型.缆绳采用有限差分法,球体采用经典的六自由度方程,其中气动力导数以静导数、动导数和附加质量表示.以主节点运动为边界条件,以静态构型为初始条件,建立完整耦合动力学方程.利用直接求解非线性偏微分方程的方法对该系统进行时域响应分析,考察了风速对纵向和横侧向稳定性的影响,并给出相应的响应曲线.直接求解非线性耦合方程的成功,表明该数学模型及其解法是可行的.

系留气球压差与球体应力变化关系研究

针对系留气球球体压差变化和球体应力变化之间的关系进行研究。对球体受力情况进行简化,采用微元受力分析的方法进行应力分析,得出球体应力的理论解。采用有限元软件对无附加结构的球体进行应力分析并同球体应力的理论解进行对比,验证了有限元软件计算结果的可靠性。利用有限元方法在不同压差情况下对球体应力进行分析,确定了其高应力区域的范围和数值。需要指出的是采用膜单元比采用通常的薄壳单元进行应力分析更贴近实际情况。上述结果为球体气囊的结构设计、强度设计提供依据。

系留气球载雷达系统分析

系留气球载雷达系统是以系留气球为搭载平台,以雷达为任务系统的一种综合信息系统,在军事和民用领域有着广阔的应用前景。系留气球载雷达系统一般由系留气球、缆绳、雷达、地面系留设施及地面控制中心组成。文中分析了系留气球载雷达系统的优势,详细描述了系统的组成,最后介绍了在国内的发展应用情况。

世博会车载系留气球光电平台的热分析与热设计

上海世博会车载系留气球光电平台集成了多种对工作温度有严格要求的高精密光学设备,设备工作环境复杂,平台重量、功耗等技术指标约束严格。本文采用Sinda/Fluint软件建立了光电平台及载荷设备的热模型,根据计算结果对球载光电平台及其核心设备进行了有针对性的热设计,采用主动热控与被动热控相结合的方法,使整个平台满足热设计指标。实测结果表明,仿真结果与实际值吻合较好,光电平台各设备运行良好。

基于动力学仿真的系留气球鼻锥有限元分析

针对系留气球进行了动力学仿真分析,在此基础上对一种用于固定球体的新型鼻锥结构进行了结构有限元分析,以确定其强度与刚度。首先采用计算流体力学CFD求得特定风速下系留气球所受的气动力,随后通过多体动力学软件Adams进行动力学仿真分析,确定作用在鼻锥上载荷的大小,并以此作为有限元分析的载荷边界条件;然后采用有限元分析的方法对鼻锥结构进行静力学和动力学分析;最后确定极限风速下艇首与鼻锥连接处的变形、载荷及应力情况。通过分析,为新型鼻锥结构进一步的设计改进与优化提供了参考依据。

系留气球压力调节系统的建模和设计

为了设计一种更安全有效的系留气球压力调节系统测控方法,首先分析系留气球压力调节系统的运行原理,并根据系留气球系统的实际工程需求对压力调节系统进行建模和分析;给出据此模型创建的一种具备可自由扩充条件的压力调节控制策略。该策略把工程设计中的输入量和输出量有效分类,并利用严格的传递函数表达式将两者表述出来,在气球的安全控制和程序编制方面有很大的改进。最后简要描述了已研制成功的某型系留气球压力调节系统的硬件设计和软件设计方法,并给出通过系统实际运行的实验结果,验证了该模型的正确性。

系留气球载雷达系统雷达结构总体分析

为了更好地满足空中预警和低空监视的要求,系留气球载雷达系统以其独有的优越性得到了各国的重视和发展。文中介绍了国内外系留气球载雷达系统的应用及发展,简述了雷达系统组成,分析了雷达结构总体方面的特点,以及总体设计中需考虑的要点。对系留气球载雷达系统中雷达结构总体设计有一定的参考价值。

系留气球脱系状态动力学和热特性仿真研究

针对系留气球缆绳因严重损伤或遭遇强风而断裂的极端情况,建立了系留气球脱系后升空的动力学和热力学模型,并设计出了仿真软件.运用该仿真软件对系留气球脱系状态下的动力学特性和热特性进行了仿真研究,获得了阻力系数、脱系瞬间净浮力和阀门特性对气球下降速度和气囊超压的影响关系.结果表明:下降速度的主要影响因素是阻力系数,脱系瞬间净浮力和阀门特性对下降速度的影响有限;气囊超压的主要影响因素是阻力系数、脱系瞬间净浮力和阀门特性.

系留气球系统三拉索收放状态建模与仿真

系留气球是一种依靠气囊内的浮升气体获得浮力,并用缆索拴系固定的浮空器。系留气球、三根机械拉索、地面转动梁等构成系留气球三拉索收放系统,综合考虑收放系统中三拉索的运动特性,采用Matlab/Sim-ulink工具对近地三拉索收放运动进行系统建模,建立了整体的三拉索收放运动状态的仿真模型,仿真结果表明:仿真计算结果与实际飞行测量数据符合度好,结果比较合理。因此,仿真模型的建立为气球系统设计与放飞操作提供依据。

基于系留气球的测控系统研究

当前,对导弹移动目标实施遥测任务的主要平台有车载遥测站、遥测船以及遥测飞机等,这些方式分别有各自的局限性;在对现有主要遥测地面站特点进行分析的基础上,结合遥测需求,通过严格的理论论证,提出了一种基于基于系留气球的新的测控系统实现方式;通过分析各个部分的需要,得到了一种可行的系统组成方式,以及各组成个部分需要满足的要求;简要分析了这种模式的关键技术技术体系;总体设计技术有来自升空高度和载荷能力的约束,通过建立数学模型,得到了计算总体设计指标的方式;根据微系统技术的具体分析,得到了微系统需要的各个模块的功能需求;经过初步分析,得到了相控阵与天线罩一体化设计技术等关键技术分析的应用能力;综合以上的所有分析,得出了基于系留气球的遥测系统的实现思路。

某系留气球抗风性能仿真分析

系留气球以其显著特点已应用到许多领域,今后还会有大的发展。因所处环境的风力对飞行稳定性影响较大,故抗风能力成为系统重要指标。针对无法用实验手段进行验证的空中工作姿态,一般采取计算机仿真方法进行模拟研究。介绍了系留气球的设备组成,描述了空中飞行状态,通过建立动力学模型的数学方程式,施加1-consine型离散突风模型扰动,仿真了空中球体的俯仰角和滚转角随扰动时间的关系曲线,并对结果曲线进行分析研究,以期为同型系留气球的设计方法提供某种借鉴,为浮空器使用安全提供帮助。

一种基于无线网络的系留气球虚拟仪器系统

在构建系留气球测试系统时,针对传统仪器协同工作能力差和利用率低的问题,文章提出了一种基于无线网络的虚拟仪器测试系统解决方案。利用ZigBee技术解决了虚拟仪器系统无缝接入系留气球系统的问题,利用虚拟仪器技术实现了各种测量数据的融合输出。实例证明在进行系留气球面向用户测试应用时采用此解决方案更具人性化、适应面更广、性价比更高。