不可压缩流中飞艇艇体气动力的计算方法研究

发布时间：2020-07-13 04:24

【摘要】：运动体在流场中所受到的流体动力对运动体的稳定性和操纵性有着重要影响,如飞艇所受到的气动力和潜艇所受到的水动力等,这将进而影响运动体的数学模型的建立和控制系统的设计。本文以飞艇艇体在不可压缩流中所受到的气动力为主要研究对象,推导了一种飞艇艇体的气动力表达式。这种气动力表达式不仅能够计算艇体在不可压缩无粘流中所受的气动力,而且能够计算艇体在不可压缩有粘流中所受的气动力,进而能够为建立飞艇的数学模型和设计飞艇的控制系统提供帮助。本文主要内容包括:(一)重新推导了不可压缩流场中运动体所受气动力的表达式,这种新的气动力表达式能同时与Lamb的无粘流气动力表达式以及涡动力学理论中的有粘流气动力表达式相兼容,并用具体算例验证了这种兼容性。同时,通过该气动力表达式明确给出了 Lamb在势流理论提到的冲量的具体表达式。(二)介绍了一种能够计算运动体无粘流气动力的方法一—面元法。编写并改进了面元法程序,使得通过面元法程序能够求得不同外形的飞艇艇体在无粘流场中平动或转动时的流场信息,并在此基础上计算艇体所受到的气动力特别是气动力系数;还通过面元法验证了Kirilin提出的椭球体等效方法的合理性,同时研究了艇体绕体坐标系原点旋转时,原点的位置对于艇体所受的无粘流气动力的影响。改进后的面元法不仅为计算艇体的无粘流气动力提供了一个有力工具,而且能够为研究艇体的有粘流气动力提供一定参考。(三)基于计算流体力学(CFD)技术,在准稳态假设下对飞艇艇体在有粘不可压缩流中的非稳态气动力系数进行分析,为有效估算飞艇艇体的非稳态气动力系数提供了一种新思路。
【学位授予单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V274
【图文】：

飞艇,蒸汽动力,第一,内燃机

飞艇长约４４ｍ，最大直径约１２ｍ，以煤气作为浮升气体。吉尔法特在气球底部安逡逑装了一台３马力的蒸汽机来带动风扇叶片旋转产生水平推力，并在飞艇的尾部逡逑装有一块三角形风帆来控制航行方向，如图１．１所示。逡逑伴随着人类第二次工业革命中内燃机的诞生，人们尝试将内燃机做为飞逡逑艇的动力装置安装到飞艇上。１８７２年，德国工程师亨莱首次将内燃机应用于逡逑飞艇的动力系统，并将飞艇气囊中氢气作为内燃机的燃料［６］。１８８３年，法国逡逑人Ｇａｓｔｏｎ邋Ｔｉｓｓａｎｄｉｅｒ将电机安装到飞艇上，进行了飞艇历史上第一次电力驱动飞逡逑行｜：６］；该飞艇最大直径９．２ｍ，长细比为３，续航时间可达２．５小时。１８８４年，法逡逑国人Ｃｈａｒｌｅｓ邋Ｒｅｎａｒｄ和Ａｒｔｈｕｒ邋Ｋｒｅｂｓ为法国军方制造了“法兰西号”飞艇，该飞逡逑艇是第一艘真正意义上的可完全操纵的载人飞艇？，该飞艇长５０．４米，最大直逡逑径８．４米

飞艇,伯爵,柏林

华巨型飞艇“齐柏林伯爵”号飞艇完成了载客状态下的首次环球飞行［１１］，比逡逑民航飞机的环球飞行整整早了邋１２年，该事件标志着世界飞艇的发展达到巅峰。逡逑图１．２为“齐柏林伯爵”号飞艇。逡逑！．产‘逡逑Ｉ邋，邋—〃逡逑图１．２逦“齐柏林伯爵”号飞艇逡逑当飞艇的发展达到顶峰后，飞艇所存在的问题也就逐渐显现出来。氦气作逡逑为密度与氢气相近的不可燃气体，是能够使用在飞艇上最安全的浮升气体，但逡逑在当时这种气体稀有且非常昂贵，绝大多数飞艇仍然是采用氢气这种密度更逡逑小、更廉价的气体作为飞艇的浮升气体。正是如此，使得当时的飞艇在实际应逡逑用中存在巨大安全隐患。逡逑１９３０年１０月４日，长达２２５米的英国的“Ｒ１０１”号飞艇在飞往印度的旅程逡逑中失事烧毁，当时飞艇上的４８名乘客最终仅有６人生还，“Ｒ１０１”号飞艇的逡逑失事结束了英国对飞艇的研究；１９３３年４月４日

【参考文献】