基于传热—运动耦合模型的二元气囊平流层飞艇驻空研究

发布时间：2020-08-13 15:00

【摘要】：飞艇是人类最早使用的航空器,其研究初始于19世纪中期。飞艇依靠内部的浮升气体提供的浮力来实现上升、下降以及驻空,具有驻空时间长、能耗低、载荷量高、安全性能好等优势,在通信中继、区域预警探测、环境监测、特种运输、弹道导弹拦截等领域具有巨大的应用潜力和广阔的应用前景。随着航空航天科学技术的发展成熟以及燃料和环境问题的提出,飞艇特有的应用优势日益凸显。本文对二元气囊平流层飞艇驻空期间的传热-运动模型进行了深入的研究,在此基础上对外界热环境影响下的二元气囊平流层飞艇的驻空行为进行了深入的探讨。首先,提出了一种新的平流层飞艇蒙皮及隔膜的网格划分方法,避免了隔膜上下移动引起的各气囊对应蒙皮网格的不完整性,并且便于对隔膜上下移动时各气囊对应蒙皮网格及隔膜网格数量的变化进行处理;然后,对平流层飞艇驻空期间所处的热环境进行了详细介绍,主要包括标准大气环境、辐射传热环境、对流传热环境。将光谱辐射的计算方法应用于太阳直接辐射热流的计算,对太阳辐射的可见光谱和红外光谱进行了区分。地面反照辐射的介绍中采用了考虑大气对地面反照辐射衰减的辐射角系数,简化了计算。基于净热量法详细介绍了不考虑隔膜对飞艇内部辐射传热影响的辐射热流计算方法,并将净热量法应用于考虑隔膜对飞艇内部辐射传热影响的情况;其次,考虑了隔膜对飞艇热行为的影响,完善了二元气囊平流层飞艇的热模型,主要包括飞艇蒙皮的热模型、隔膜的热模型以及内部气体的热模型;另外,提出了一种应用于飞艇驻空期间的保压控制策略,对飞艇驻空期间的内外压差控制具有良好的效果;最后,基于Matlab,区分了不考虑隔膜对飞艇内部辐射传热影响以及考虑隔膜对飞艇内部辐射传热影响时,憋气以及不同压差控制方式下二元气囊平流层飞艇驻空行为的变化,结果表明隔膜对飞艇的热行为有重要的影响,并且通过对比验证了本文提出的平流层飞艇驻空期间的保压控制策略的有效性,为以后多气囊平流层飞艇的研究以及飞艇的设计打下基础。
【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,结构示意图,软式飞艇,气囊

１．１．２飞艇的分类逡逑从结构上看，飞艇可以分为软式飞艇、半硬式飞艇和硬式飞艇三种类逡逑型［？１５１，其结构如图１．２所示。逡逑软式这艇逦ｆ？＇式ｔ明逡逑碑式ｔ艇逡逑图１．２三类飞艇结构示意图逡逑软式飞艇有主副两个气囊，主气囊内充有浮升气体，一般为氦气，主要用逡逑于提供浮力，副气囊内一般充有空气，主要用于飞艇的升降以及内外压差控逡逑制。气囊是由特殊的材料焊接而成的，气囊下方挂有吊舱，用于携带载荷，其逡逑－２－逡逑

示意图,飞艇,蒙皮,网格划分

以头部长半轴长８３．３ｍ，尾部长半轴长１６６．６ｍ，短半轴长３７．５ｍ的飞艇蒙皮逡逑网格划分为例，横向划分为３６个网格，竖直方向划分为１６个网格，网格划分正逡逑视图及俯视图分别如图２．２和图２．３所示：逡逑３0｜逡逑：：；逡逑－３０－逡逑－４0Ｊ逦＇逦」逦＇逦＇逦＇逦＇逡逑－２００逦－１５０逦－１００逦－５０逦０逦５０逦１００逡逑ｘ逡逑图２．２飞艇蒙皮网格划分正视图逡逑－１４－逡逑

飞艇,蒙皮,网格划分,正视图

逑NB周向逡逑图２．１飞艇蒙皮网格划分示意图逡逑以头部长半轴长８３．３ｍ，尾部长半轴长１６６．６ｍ，短半轴长３７．５ｍ的飞艇蒙皮逡逑网格划分为例，横向划分为３６个网格，竖直方向划分为１６个网格，网格划分正逡逑视图及俯视图分别如图２．２和图２．３所示：逡逑３0｜逡逑：：；逡逑－３０－逡逑－４0Ｊ逦＇逦」逦＇逦＇逦＇逦＇逡逑－２００逦－１

【参考文献】