Design of a new tandem wings hybrid airship

It is scientifically important science value and engineering promising to develop the buoyancy-lift integrated hybrid airship for high attitude platform.Through the numerical method,a new tandem wings hybrid airship with both higher utility value and economy efficiency was obtained and its total performance and technical parameters were analyzed in detail.In order to further improve the lift-drag characteristics,we implemented the optimization design for aerodynamic configuration of tandem wings hybrid airship via the response surface method.The results indicate that the tandem wings hybrid airship has considerable volume efficiency and higher aerodynamic characteristics.After optimization,the lift-drag ratio of this hybrid airship was increased by 6.08%.In a given gross lift condition,tandem wings hybrid airship may provide more payload and specific productivity.Furthermore,the size of tandem airship is smaller so the demand for skin flexible materials can be reduced.Results of this study could serve as a new approach to designing buoyancy-lifting integrated hybrid airship.

飞艇外形布局气动特性分析

混合式飞艇是同时借助浮力和气动升力飞行的一种新型航空飞行器,其外形布局方式与传统的飞艇有明显的区别。为了了解混合式飞艇囊体布局方式对飞艇气动特性的影响,分别建立常规单囊体飞艇、双囊体飞艇和三囊体飞艇的几何模型和气动模型,从攻角变化和速度变化两方面对三类囊体布局方式的气动特性进行了对比分析。计算结果表明:在相同体积的情况下,混合式飞艇的气动特性要优于常规单囊体飞艇,并且在一定范围内,混合式飞艇的体积越大、飞行速度越小,则其气动特性越好。研究结果可为我国混合式飞艇的发展及研制提供有益的参考。

基于混合粒子群优化算法的高空飞艇成像任务规划

针对高空飞艇成像任务规划问题进行研究,分析了高空飞艇遂行对地观测活动所需满足的主要约束,建立了以最大化任务收益为优化目标的约束满足模型。采用基于分层优化的求解框架,将原问题分解为主问题和子问题,并分别设计了求解算法。随后在仿真实验中,通过与经典调度算法对比,验证了该算法的优化效果。

常规飞艇与组合式飞艇升阻特性研究

对常规飞艇和日益受到重视的组合式飞艇升阻特性进行了研究,总结了飞艇升阻特性的主要影响参数及一般规律,为飞艇早期布局形式确定提供了依据。以某飞翼式飞艇为例,与常规飞艇的升阻特性进行了对比分析,得到了两种飞艇升阻特性的特点和高升阻比区域。该分析方法也适用于其它组合式飞艇。

浮升混合飞艇气动性能及总体参数分析

为了兼顾飞艇的气动性能和浮升特性,充分发挥二者的优势,并增强可控性,提出了一种基于NACA高升力翼型的组合嚢体式混合飞艇气动布局.采用计算流体力学(CFD)方法建立混合飞艇FLUENT计算模型,数值模拟了它在不同速度和迎角下的升阻特性、纵向静稳定性及浮升特性,并进行了总体性能评估,最后将其与常规飞艇进行了对比.结果表明:该组合嚢体飞艇布局具有较好的气动性能和效率,相同条件下提供的动升力为常规飞艇的3倍;当飞行速度大于26 m/s时,混合飞艇总升力效率开始大于常规飞艇,能够提供更好的浮升特性.此外,相同设计载荷下混合飞艇的外形尺寸更小,有利于增加有效载荷,可为低空大型混合飞艇的研发提供参考.

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。

考虑附加质量效应的浮升混合飞艇运动性能分析

浮升混合飞行器体积巨大,质量与排开周围空气的质量相近,导致其附加质量效应明显,需要在分析时考虑其附加质量的影响。借助自编译user-defined function(UDF)的六自由度刚体运动程序,进行加速运动流场的瞬态计算;采用computational fluid mechanics(CFD)方法,得到复杂外形的浮升混合飞行器附加质量矩阵。飞行器受到扰动时,模型本身受扰动趋于收敛;但由于附加惯性力的存在,不同情况下的运动状态量都会存在一定程度的振荡延迟。前向速度和俯仰角速度变化表明,无论是否考虑附加质量效应,垂向突风对这两个量影响都较小。另一方面,对于垂向速度和俯仰角而言,受到附加质量效应影响会导致振荡趋势变大。附加质量效应对浮升混合飞行器的操纵性有着明显的影响。对于前向速度和俯仰角,附加质量效应使得其操纵响应变得缓慢;而且俯仰角速度振荡趋势变大。

平流层飞艇对转螺旋桨推进性能研究

为研究平流层飞艇对转螺旋桨安装参数对推进性能的影响,探寻其效率提升的内因,使用混合网格技术进行计算域离散,采用基于RANS方程和SST湍流模型的求解器,建立了多重参考系模型,通过与由片条理论和遗传算法优化所得结果对比,验证了数值方法的准确性.对以Clark Y翼型设计的对转螺旋桨推进性能进行了研究,分析了在不同前进比J和不同螺旋桨间距L情况下,对转螺旋桨推力系数、扭矩系数和效率的变化.结果表明,在产生相同推力的情况下,对转螺旋桨效率较单桨提高13.3%,综合扭矩仅为单桨的4.8%;随着L的增大,推力系数和扭矩系数均有所上升,当J=0.5时,效率最高;绝大多数情况下,综合扭矩低于9 N·m,对转螺旋桨前、后桨的推力比期望值为1.29.

某常规飞艇与混合式飞艇总体设计和性能分析

为了对常规单囊体飞艇和混合式飞艇各自的性能特点有更清晰的认识,分别设计了某常规飞艇和混合式飞艇的总体方案,建立了两类飞艇的分析模型,并从气动特性、浮升特性、重量特性、续航特性方面对二者的综合性能进行了比较和分析。研究表明:在体积相同的情况下,虽然混合式飞艇在阻力特性方面不如单囊体飞艇,但由于混合式飞艇动升力较大,并可以借助动升力来平衡燃油的消耗,且有效载荷大、载油量大、可操纵性好,更有利于长航时飞行。研究结果可为我国开展长航时和大载重飞艇研制提供一定的设计参考。

平流层演示验证飞艇可重构控制系统设计

采用加权广义逆方法,设计"致远一号"平流层演示验证飞艇的可重构控制系统,当执行机构发生故障时,不需改变控制律,只需改变操纵效率加权矩阵的权值就可实现快速重构;飞艇配置有混合异类执行机构,各执行机构对飞艇运动存在操纵冗余和驱动耦合;引入间接控制向量,建立执行机构故障类型与操纵效率加权矩阵取值对照表,解决飞艇非线性操纵的控制分配与重构问题。给出系统正常和故障情况下,高度和偏航角跟踪仿真试验。结果表明,系统正常时,各执行机构复合控制飞艇,响应时间最短,实现混合异类执行机构配置下的优化控制分配;当其中一个执行机构故障时,系统仍能实现期望的动态性能,实现快速重构。

升力体式浮升混合飞艇设计及参数分析

升力体式浮升混合飞艇将艇体设计为具有较大升阻比的气动外形,升力由静浮力和气动力共同提供,适用于复杂地形下的大载重运输。控制速度和迎角的变化可有效控制动升力的大小,矢量推进系统的增加共同提高了飞艇的可控性,气垫着陆系统(ACLS)有效降低了地面保障系统的复杂度。多项系统的有效集成对总体设计提出较高的要求,通过重量平衡和推阻平衡的关系,对浮升混合飞艇进行了总体设计,分析了浮重比、巡航速度等参数对于总体性能的影响规律,同时研究了浮升飞艇气动性能、总体飞行性能和经济性能,为后续详细设计和有效控制方法的研究提供基础。

现代重载飞艇发展现状及趋势

现代重载飞艇结合了传统飞艇技术和固定翼、旋翼飞机技术及气垫船技术,具有载荷能力强、续航时间长、操控简单可靠、对地面基础设施依赖小等突出优点,目前已有多个国家开展了重载飞艇的研究与技术验证。本文综述了国内外现代重载飞艇研制的进展和现状,重点描述了国外已经开展技术验证型号飞艇的相关研制项目,针对重载飞艇艇囊气动外形设计、保形结构设计与分析、升力控制及气垫着陆器设计等方面进行了梳理,探讨了技术可行性,展望了重载飞艇的发展前景。

升力浮力复合型飞艇动导数分析

计算了球体和椭球体的平移、转动加速度导数,数值模拟了NACA0015翼型的俯仰振荡,验证了计算流体动力学(CFD)方法计算动导数的有效性.模拟升力浮力复合型飞艇的强迫振荡运动,得到了全艇以及机翼、艇身、平尾和垂尾的动导数,并与常规飞艇进行了比较分析.机翼对速度导数的贡献导致复合型飞艇升沉速度导数、滚转角速度导数较常规飞艇显著增大.常规飞艇加速度导数以惯性力成分为主,但黏性力成分以及机翼对艇身和尾翼的干扰对复合型飞艇升沉、滚转和俯仰3个方向的加速度导数有重要影响,不能将加速度导数简化为附加质量系数.

一种小型无人复合式升力飞艇的设计与验证

提出一种小型无人复合式升力飞艇的设计方案,艇身为采用设计对称翼型的升力体,横截面呈椭圆形,艇翼面可倾转至垂直状态或水平状态,能够满足起飞或平飞需要。通过数值分析确定整体气动布局、升力体艇囊的设计及机翼与浮升体气动设计优化。同时提出艇囊分割分块设计制作方法,解决吊舱、机翼与艇身的连接。通过FLUENT软件计算复合飞艇的气动特性,并与相同体积的传统飞艇的气动特性进行了比较。仿真结果表明:设计的复合飞艇飞行阻力小,升力性能优越,最大升阻比迎角为8°,失速迎角可达16°,制作的缩比模型验证了设计方案的可行性。