放飞过程中平流层飞艇运动与受力分析

平流层飞艇放飞方式是其安全起飞的先决条件。本文对平流层飞艇放飞过程动力学响应建立了力学模型,提出了解析求解方法,开展了定量分析研究。依据影响平流层飞艇放飞过程的关键因素,对单氦气囊结构以及多氦气囊结构的平流层飞艇放飞过程进行了动力学分析,将单氦气囊结构飞艇动力学响应的定量分析结果与飞行试验过程中获得的数据进行对比,验证了分析方法的准确性,为进一步优化放飞过程的操作提供了依据。

基于充气结构的非常规飞艇设计

研究充气结构在飞艇设计、制造和操控方面的用途,提出一种由受压变硬的空心管组成的充气结构,其安装在飞艇囊体上,使得飞艇结构变得更坚固。这种设计创新可以降低结构质量,也可提高非常规飞艇的动力和机械性能。同时,由于这些充气结构的简易性,制造和操作过程中面临的难题将会大大减少。

关于高空飞艇抗热能力的研究

高空飞艇在平流层高度昼夜工作过程中,作为浮升气体的艇体内氦气受太阳能辐射以及艇外低温环境的影响,其平均温度变化范围较大。艇体内氦气平均温度的变化将导致飞艇艇体内外压差的变化,而艇体内外压差的变化是高空飞艇总体设计阶段对囊体材料选取时必须考虑的重要设计依据之一。通过高空飞艇抗热能力仿真计算与分析,指出高空飞艇的抗热能力必须在提高囊体强度的前提下才可以得到根本的提升,而加大副气囊体积对抗热能力影响不大反而将导致飞艇重量的增加。

氢气飞艇施放引绳施工总结

对西昌500 kV变—永郎开关站220 kV线路新建工程中氢气飞艇施放引绳施工进行了总结,分别阐述了飞艇施工特点,适用范围及工艺原理,详细介绍了飞艇施放引绳的施工工艺流程及操作要点,并指出了质量控制及安全措施,对今后同类工程具有指导意义。

硬式飞艇氦气囊的非饱和形态研究

硬式飞艇升空前其内置氦气囊充气比例(饱和度)小于100%,氦气囊是非饱和的。氦气囊的非饱和形态影响飞艇内置氦气囊的布局形式和重心位置。为了研究硬式飞艇氦气囊的非饱和形态变化规律,首先将采用控制体积法获得的氦气囊的饱和形态作为初始状态,利用任意拉格朗日–欧拉方法模拟氦气囊的泄气过程,获得了气囊和流场之间的动态关系、不同饱和度的气囊形态及内压等主要参数。然后进行了地面氦气囊泄气试验,并将数值计算结果与试验结果进行了对比。结果表明,泄气初始阶段囊体的外形变化较小,气囊中上部维持饱和形态不变,气囊底部及其两侧形状最先变化;随着饱和度的降低,囊体底部被挤压的区域逐渐向上移动,囊内压力逐渐降低。该研究可为飞艇氦气囊设计及氦气囊的布局形式提供参考。

平流层飞艇光伏电池传热特性

太阳能是平流层飞艇的理想能源,其热特性与飞艇浮力、蒙皮强度息息相关。准确预测飞艇的温度场是飞艇设计的重要步骤,但现有研究缺乏对太阳能电池的热特性分析。提出一种包括太阳辐射,天空、地面长波辐射,蒙皮红外辐射和对流换热的飞艇模型,将几何模型离散化,编写C++程序计算和分析光伏电池的转化效率、吸收率、发射率、热阻和飞艇朝向对飞艇热性能、光伏阵列输出功率的影响。结果表明,较大的光伏阵列转化效率、发射率和等效热阻有利于改善飞艇“超冷”和“超热”现象的改善。光伏电池的辐射特性对光伏电池和氦气温度的影响最大:吸收率从0.5增加到0.9,主氦气囊昼夜温差升高约11.2 K,光伏电池最高温度升高约29.8 K;发射率从0.1增加到0.9,主氦气囊昼夜温差降低约15.3 K,光伏电池最高温度降低约50.2 K。计算结果为飞艇的热稳定性的优化提供参考。

多囊体临近空间飞艇多要素耦合建模与仿真

针对多囊体临近空间飞艇多要素耦合仿真及长航时能力评估的迫切需求,详细阐述了多囊体临近空间飞艇六自由度位置与姿态动力学模型、环境热力学模型、内外囊体热力学模型及囊体氦气损失模型,通过位置、时间、姿态、空速等动力学输出信息与压力成形体积、氦气质量等热力学输出信息实现平台力热动态耦合,能够全面反映飞艇在大气环境及操纵力作用下力热耦合变化规律,具备飞艇平台超热超压安全下的长航时定量评估能力。通过仿真发现,囊体内氦气在随风飘状态下最大超热达到55℃左右,为保证内外囊体白天压力安全需主动释放氦气导致飞行高度上升约100 m,夜晚囊体内压将至0 Pa无法维形保持浮力导致驻空高度快速降低,姿态振荡加剧,驻空航时仅有26.5 h,且动力全开无法获得稳定的航向飞行,空速来流降温无法最大效能发挥,需要控制系统接入实现动态闭环航路飞行,才能实现长航时飞行,具有重要的工程应用价值。

平流层飞艇囊体气密层材料及氦气透过聚合物研究现状

平流层飞艇是一种依靠主气囊充满轻于空气的气体的浮力在18～24km高空工作的重要的低速近空间飞行器,飞艇囊体气密层材料的气体阻隔性能特别是对氦气的阻隔性能是确保平流层飞艇正常工作和延长驻空时间的关键技术。在介绍飞艇气囊工作原理的基础上,分析了平流层飞艇对囊体材料性能的要求,重点分析了对组成层压结构囊体的气密层材料的性能要求和选材依据,并对气体透过聚合物薄膜的一般过程和机理进行了阐述。详细归纳了国内外对用做浮空气体的氦气透过聚合物的研究现状,指出高阻隔气密层材料的国产化是中国发展平流层飞艇所面临的一个瓶颈问题。

双半椭球体氦气囊非饱和形态试验

为研究飞艇氦气囊在不同充盈度下的非饱和形态,揭示氦气囊在充气与泄气过程中的形态变化规律,设计与制作了双半椭球体氦气囊及其试验装置,采用控制充盈度的方法开展了双半椭球体氦气囊充气试验与泄气试验.结果表明:充气过程中,上下半椭球膜面先向上升起,随后上半椭球膜面沿环向膨胀至饱满形态,最后下半椭球膜面下沉并沿环向膨胀至饱满形态;泄气过程中,下半椭球膜面先沿环向收缩并向上升起,随后上半椭球膜面开始沿环向收缩,最后上下半椭球膜面同时向下塌陷至真空状态.

新型平流层飞艇定点热特性研究

提出一种新型的飞艇定点调节方案,并对该方案的定点调节模型进行静力学和热力学建模。在此基础上基于龙哥库塔法对所建立的模型进行计算,获得飞艇外膜、主氦气及副氦气温度变化曲线,并研究了日照时间、季节对上述结果的影响。研究结果表明:在定点过程中膜的温度、主氦气温度、副氦气温度随时间变化呈先增大,然后减小的趋势,其中膜的温度最低,主氦气温度和副氦气温度较为接近,三者温度都在13点左右达到最大值。同时,冬至日时,三者的温度都较夏至日时温度低,且三者的温差更大。不同纬度下膜的温度、主氦气温度、超压氦气温度变化趋势大体相同,随着纬度的增大,膜的温度、主氦气温度、超压氦气温度变化时长随纬度的增大而增大,但温度最大值随纬度的增大略微下降,这与不同纬度下太阳辐射强度的变化一致。同时,超压氦气最小质量随纬度的增大而增大,但增大幅度较小。进一步,纬度相对于季节来说对上述温度的影响较小。该研究结果对飞艇的定点飞行控制及热性能研究提供了技术参考。