梯度风场滑翔仿生飞行器设计与仿真

将信天翁从梯度风场中获取能量滑翔数千英里的飞行策略应用在飞行器上是突破飞行器续航瓶颈的重要方法之一。本文结合信天翁身体特性和飞行策略,设计了一种具有信天翁仿生外形、气动布局和控制方式的仿信天翁飞行器,巡航时升阻比为梯形翼飞行器的1.13倍,最大可达梯形翼飞行器升阻比的1.31倍,通过翼尖变形阻力最高可减小12%,翼根载荷减小35%。根据信天翁在滑翔时不时扑动翅膀的行为提出了间歇动力梯度风滑翔方法,对仿信天翁飞行器进行了风梯度滑翔操控性能仿真。结果表明实际飞行路径与风梯度滑翔路径的误差小于5%,能量消耗为匀速飞行的51.5%,验证了间歇动力梯度风滑翔策略的合理性。

梯度风场中无人机动态滑翔飞行轨迹优化

为了研究无人机在梯度风场中的滑翔飞行轨迹,提出一种基于动态滑翔的最优飞行轨迹生成方法。首先,利用梯度风场模型和NED坐标系,详细推导无人机动态滑翔运动方程;然后,利用拉道伪谱方法将动力滑翔中能量优化的连续约束转化为离散问题的一系列代数约束;最后,生成无人机动态飞行的最优轨迹。仿真中,设计了无动力飞行和有动力飞行两种仿真条件,在无动力飞行中,生成三个具有不同边界约束的最优轨迹,每个轨迹对应最小风场参数;在固定风场动力飞行中,以恒定推力的最小值生成最佳轨迹。结果表明,该方法能够生成满足能量优化要求的无人机动态飞行最优轨迹,最佳发动机推力和风场强度近似成反比。研究方法可为无人机动态滑翔飞行轨迹设计提供技术支持。

赤道电离层R-T不稳定性发展的控制因素分析

本文从质量和电荷守恒方程出发,分析了控制电离层等离子体R-T不稳定性线性增长的各种因素,重点研究了热层风和背景电场的空间梯度对R-T不稳定性线性增长的影响.结果表明,热层风场和背景电场两者的空间梯度对R-T不稳定性线性增长有不可忽视的促进或抑制作用;对R-T不稳定性线性增长起促进作用还是起抑制作用,依赖热层风场和背景电场及其空间梯度的方向;对R-T不稳定性线性增长影响的显著程度主要依赖于热层风场和背景电场两者空间梯度的大小.数值计算结果表明,对典型的背景电离层条件,磁力线顶点高度为330 km时,对线性增长率的影响最高达到120%.

运动大气中的耦合方程组同伦分析解析解

近地面声波传播特性受到大气温度、密度、风场特性等大气要素的影响。解析解能够很好地展现声波传播过程中各扰动量的演变过程,且计算量较小。因此,从运动大气的耦合方程组出发,利用推导的声压方程求得点单极子声源的解析解,以此作为初始值,对均匀风场和梯度风场的耦合方程组进行三阶同伦分析近似解求解,对均匀风场和梯度风场进行数值模拟,结果表明,对于相同的点声源,均匀风场和梯度风场的声压传播特性是不同的。