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。

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。

基于蜂窝纸板的系留平台缓冲分析与试验

为保证系留气球平台在空投着陆中的安全,必须对其中的压力气瓶进行缓冲分析与实验。文章采用蜂窝纸板作为气瓶缓冲材料,采用LS-DYNA软件,并依据蜂窝纸板实际参数处理材料模型,仿真分析了在不同蜂窝纸板厚度、不同跌落速度和不同着陆姿态下的缓冲过程。根据仿真结果,设计了蜂窝纸板缓冲结构和加速度检测模块,采用吊车起吊跌落进行了实验验证。仿真分析和实验结果均表明,蜂窝纸板厚度为500mm,跌落速度低于10m/s时,气瓶缓冲后加速度低于20gn,可满足空投着陆应用要求。文章基于LS-DYNA的蜂窝纸板缓冲有限元分析是可行的,研究结果对于气瓶类装备的着陆缓冲结构设计有参考价值。

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。

A SMALL TETHERED BALLOON SOUNDING SYSTEM

In the past ten years workers of atmospheric physics and environmental science paid great attention to sounding of the planetary boundary-layer, because the atmospheric boundary-layer is closely bound up with human activities. For example, take-off and landing of aircrafts; launching of missiles, rockets and satellites; transport of air pollutants and improvement of weather forecast, etc., all relating to the distribution of atmospheric parameters (air temperature and wind, etc.) in the planetary boundary-

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。

XLS-Ⅱ型系留气艇探测系统

简单描述了系留气艇运动的基本力学原理 ,较详细地介绍了国产XLS Ⅱ型系留气艇探测系统的基本组成、结构和主要技术指标。系统的绞车重 36kg ,电机功率 6 0 0W ,拉线最大拉力为 175kg。与系统配套的有气象要素、大气臭氧和大气气溶胶等探测单元。给出了主要气象和某些环境要素的探测精度和应用实例并简单讨论了系留气艇探测系统在实际应用的某些问题。

乌鲁木齐降雪与非降雪天气边界层结构变化特征

利用Vaisala系留探空仪系统在2008年1月乌鲁木齐探测所得资料,分析了降雪和非降雪过程中温度、湿度和风的垂直结构及其变化特征。结果表明:降雪和非降雪天,白天对流边界层特征均较明显,但在暖气团影响下,对流边界层特征消失,出现深厚平流逆温,夜间多出现贴地逆温。白天平流逆温强度较夜间逆温更强,白天逆温层出现湿中心,上部出现干中心。降雪天湿中心高度低于非降雪天。夜间近地层出现微弱的逆湿现象,上部出现干中心,降雪天近地层逆湿现象比非降雪天弱;降雪天和非降雪天近地层风向分布均较散乱,主导风向为偏北风,高空主导风向为东南风。风速多因风向改变而出现极大值或极小值,其值常以"高低-高-低"形式出现于特定高度,风速因风向变化呈波动状随高度递增。

北京夏季夜间低空急流特征观测分析

利用三年夏季系留气艇探测结果,分析了北京夏季夜间低空急流的一般特征.30%的夜间观测记录出现了低空急流.急流平均高度为200m,其最大频率出现在140m左右,90%急流出现在320m以下.W、SW、SE是夜间低空急流的主要风向.不同观测地点低空急流在速度、风向和高度上存在明显差异.城区低空急流高度大部分时间比郊区高.个例分析表明,在夜间稳定边界层条件下,低空急流与局地山谷风环流强弱变化有很好相关.进一步成因分析认为,斜坡地形产生的热成风、山谷风环流可能是北京夏季夜间低空急流形成的主要原因.

可空投系留平台空投跌落冲击响应研究

目的实现可空投系留平台软着陆,为优化可空投系留平台的隔振缓冲设计提供理论参考。方法将可空投系留平台等效为二自由度非线性隔振缓冲系统,在Matlab环境中,采用四阶龙格-库塔方法,对可空投系留平台跌落冲击响应进行数值仿真,并分析系统参数对系留平台中继模块空投跌落冲击响应的影响。结果得到动态响应数据和曲线,避免了大量破坏性试验,得到不同参数条件下的跌落冲击仿真结果。结论根据隔振缓冲仿真系统的动态响应规律,可对隔振缓冲包装的安全性进行评估,实时修改设计参数,有效地提高隔振缓冲包装设计的精确性和经济性。

基于系留气艇平台的红外辐射传输算法实验验证

中国科学院大气物理研究所中层大气和全球环境探测重点实验室(LAGEO)建立了以系留气艇为平台的综合探测系统。通过气艇在大气边界层上升、下降过程获得不同高度的气象参数和同时的辐射参数。以气象参数为输入,应用辐射传输模式(MODTRAN4.0)获得模式辐射输出,将其与实测辐射值作对比,验证MODTRAN4.0模式的准确性,为有关目标识别与遥感提供基础。2006年8月在中国科学院大气物理研究所香河综合观测站利用系留气艇平台进行了验证实验,并对热红外波段的模式对比结果进行分析。结果表明:所建实验系统具备进行模式验证的能力,在热红外波段,MODTRAN4.0模式输出结果与实测辐射亮度之间的相对误差的均方差在边界层大气条件下小于3%。

钢丝绳传动航空光电稳定平台设计

针对某高光谱相机选择系留气球作为飞行平台的使用要求,设计了一台钢丝绳传动两轴稳定平台,对系留气球在方位和俯仰方向的姿态变化进行角度补偿。稳定平台的方位和俯仰传动机构均采用钢丝绳传动,方位轴和俯仰轴的连续驱动力矩分别为93.6 N·m和117 N·m,两轴的最高转速分别为25(°)/s和20(°)/s。对稳定平台进行了实验室测试,测试结果表明:稳定平台的传动精度为5μrad,传动误差不大于0.7%,方位轴和俯仰轴的开环控制伺服带宽分别为15 Hz和35 Hz,正弦跟踪精度均方根误差值分别为0.0045和0.0043。然后进行了外场飞行试验,稳定平台安装在系留气球底部,俯仰框架上安装35 kg的高光谱相机进行空中对地观测,飞行试验中获取稳定平台陀螺稳定数据,得到方位轴和俯仰轴的稳定精度分别为38.83μrad(RMS)和37.26μrad,满足高光谱相机稳定成像的指标要求。

高架机动雷达总体结构设计与关键技术分析

介绍了高架机动雷达的国内外发展现状及问题,从结构设计的角度论述其总体设计内容与思路,具体分析了高架机动雷达的结构关键技术。文章提出了天线在举高状态下的设计难点和解决方法,论述了天线举升机构的一般设计过程要点,对垂直举升机构进行有限元设计分析,以一种高架机动雷达为例阐述了机动性设计的要点及实现方法,对升降机构的举升过程进行了仿真分析。

基于浮空器的新型应急通信监测系统

介绍了一种新型的机动式空中应急通信监测系统,该系统以机动式系留气球和小型遥控飞艇为空中平台,搭载各种通信、侦察、监测等电子设备,具有快速灵活、机动性强、费用低廉等特点,能够适应复杂环境,面对突发事件时可以快速布置到任何需要的地方。

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。

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。