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Multi-disciplinary design optimization with variable complexity modeling for a stratosphere airship
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作者 Shi YIN Ming ZHU Haoquan LIANG 《中国航空学报:英文版》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第5期1244-1255,共12页
This paper proposes a hybrid architecture based on Multi-disciplinary Design Optimization(MDO) with the Variable Complexity Modeling(VCM) method, to solve the problem of general design optimization for a stratosphere ... This paper proposes a hybrid architecture based on Multi-disciplinary Design Optimization(MDO) with the Variable Complexity Modeling(VCM) method, to solve the problem of general design optimization for a stratosphere airship. Firstly, MDO based on the Concurrent SubSpace Optimization(CSSO) strategy is improved for handling the subsystem coupling problem in stratosphere airship design which contains aerodynamics, structure, and energy. Secondly, the VCM method based on the surrogate model is presented for reducing the computational complexity in high-fidelity modeling without loss of accuracy. Moreover, the global-to-local optimization strategy is added to the architecture to enhance the process. Finally, the result gives a prominent stratosphere airship general solution that validates the feasibility and efficiency of the optimization architecture. Besides, a sensitivity analysis is conducted to outline the critical impact upon stratosphere airship design. 展开更多
关键词 MULTI-DISCIPLINARY design optimization Sensitivity analysis STRATOSPHERE AIRSHIP Surrogate model VARIABLE COMPLEXITY MODELING
基于飞艇的能源空间站构想 预览
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作者 陈中 《科技视界》 2019年第13期12-13,9共3页
能源系统是影响临近空间飞行器长时驻空的重要因素。论文提出了基于飞艇平台构建能源空间站的构想,从而给飞行器提供一种新型能源获取方式。论文首先介绍了能源空间站的基本组成与工作原理,在此基础上分析了能源空间站的关键技术。
关键词 临近空间 飞艇 能源空间站 无线输能
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飞艇囊体膜弹性振动特性预测仿真 预览
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作者 宋林 姜鲁华 张远平 《计算机仿真》 北大核心 2019年第7期34-40,共7页
研究飞艇囊体和声腔耦合作用下,飞艇囊体膜弹性振动特性。目前,研究飞艇囊体振动行为的主要方法是将囊体内外压差作为预应力施加在囊体上,对囊体进行模态分析,忽视了内部气体与囊体结构的耦合作用对囊体振动行为的影响。而柔性囊体结构... 研究飞艇囊体和声腔耦合作用下,飞艇囊体膜弹性振动特性。目前,研究飞艇囊体振动行为的主要方法是将囊体内外压差作为预应力施加在囊体上,对囊体进行模态分析,忽视了内部气体与囊体结构的耦合作用对囊体振动行为的影响。而柔性囊体结构振动受内部空气影响显著。将飞艇囊体形成的封闭腔体视为声腔,应用结构-声耦合分析方法,分析囊体和声腔耦合作用下,飞艇囊体振动的模态特性。得到囊体和声腔耦合作用下囊体振动的固有频率和模态振型,以及囊体内外压差对囊体振动的影响机理。为验证方法的有效性,应用结构-声耦合分析方法,建立矩形膜-声腔耦合系统的有限元模型,得到不同压差下,膜-声腔耦合系统的固有频率和模态振型;同时,建立矩形膜-声腔耦合系统的试验模型,测得系统的模态参数,验证结构-声耦合分析方法建立的有限元模型的有效性。结果表明,飞艇囊体与声腔的耦合作用使得飞艇囊体弹性振动的频率降低,囊体内外压差仅对特定的模态振型有影响。为研究飞艇囊体的动力学特性提供依据,也为飞艇囊体表面刚性结构布置和控制系统的设计提供参考。 展开更多
关键词 膜-声腔耦合系统 结构-声学耦合分析方法 飞艇
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一种平流层飞艇吊舱结构设计与分析 预览
4
作者 李岩 周远远 王平安 《机械与电子》 2019年第4期44-47,共4页
通过对飞艇吊舱结构特性的分析,在对材料选取、结构布局和结构细节设计等方面进行综合优化设计。采用有限元分析和静力试验对优化后的吊舱体结构进行静强度、刚度验证。结果表明优化后的飞艇吊舱满足强度、刚度设计要求。
关键词 飞艇 吊舱 力学分析
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基于平流层飞艇的气象探测技术探索 预览
5
作者 王柏林 杨加春 郭虓 《气象科技进展》 2019年第4期6-13,共8页
以平流层飞艇为平台,搭载探空仪、温度传感器、气压传感器等,在平流层18km高度长航时驻停并开展下投探空观测,探索依托飞艇平台的平流层连续气象观测可行性。通过试验分析,得出以下结论:飞艇平台搭载下投导航探空仪方法可行、观测数据... 以平流层飞艇为平台,搭载探空仪、温度传感器、气压传感器等,在平流层18km高度长航时驻停并开展下投探空观测,探索依托飞艇平台的平流层连续气象观测可行性。通过试验分析,得出以下结论:飞艇平台搭载下投导航探空仪方法可行、观测数据真实有效;飞艇在平流层空间具备连续机动观测能力,对平流层气象研究具有重要意义;以飞艇平台开展平流层气温观测,温度场分布受流体影响较大,需要对观测位置优化设计。 展开更多
关键词 平流层 飞艇 气象 观测
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Deformation behavior of non-rigid airships in wind tunnel tests
6
作者 Lingling LU Hongwei SONG +1 位作者 Yiwei WANG Chenguang HUANG 《中国航空学报:英文版》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第3期611-618,共8页
Deformation behavior of non-rigid airships in wind tunnel tests is studied by considering three factors, including internal pressure, flow velocity and angle of attack. Fiber Bragg grating strain sensors are used to m... Deformation behavior of non-rigid airships in wind tunnel tests is studied by considering three factors, including internal pressure, flow velocity and angle of attack. Fiber Bragg grating strain sensors are used to measure the deformation of non-rigid airships. Wind tunnel tests in the case of different flow velocities and angles of attack are conducted. The measurement results reveal that the airship deformation is in proportion to internal pressure. For the tensile region,the airship deformation is in proportion to flow velocity. Effects of angle of attack on structural deformation are more complicated and there is no clear relationship existing between airship deformation and angle of attack. 展开更多
关键词 Angle of ATTACK Fiber BRAGG GRATING sensor Flow velocity Internal pressure NON-RIGID AIRSHIP Wind tunnel test
全包围式轻量化鼻锥结构设计与仿真分析 预览
7
作者 李浩 王平安 《机械与电子》 2018年第10期31-34,共4页
为保持巡航状态飞艇头部气动外形,有效减小艇体表面应力集中,提升艇首抗褶皱能力,同时满足重量、刚强度及环境适应性要求,设计了一种全包围式变截面飞艇鼻锥结构。利用轻量化设计原理,此鼻锥采用薄壁一体化芯轴组件+变截面腹板式... 为保持巡航状态飞艇头部气动外形,有效减小艇体表面应力集中,提升艇首抗褶皱能力,同时满足重量、刚强度及环境适应性要求,设计了一种全包围式变截面飞艇鼻锥结构。利用轻量化设计原理,此鼻锥采用薄壁一体化芯轴组件+变截面腹板式铆接骨架的主体结构形式,鼻锥根部与艇体连接采用管状桁条连接结构;同时,借助ABAQUS软件对极限载荷工况下的鼻锥结构进行有限元分析,计算结果显示强度和刚度均满足设计要求,鼻锥主体重13kg,轻量化率85%,经试验表明,此鼻锥结构稳定可靠,对类似飞艇鼻锥结构设计具有重要参考意义。 展开更多
关键词 飞艇 鼻锥 全包围 变截面 轻量化
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某型飞艇平台微波测试环境研究 预览
8
作者 闫军凯 张浩亮 +6 位作者 杨猛 郝文析 晏峰 熊正锋 王雪锋 蒋廷勇 徐敏杰 《强激光与粒子束》 CSCD 北大核心 2018年第7期58-62,共5页
针对微波试验用某型飞艇升空平台开展试验环境测试研究,给出了中等气象条件下的测试结果。指出定姿飞控模式下的艇体方位角稳定性优于压航迹模式,两种飞控模式下艇体俯仰角和滚转角稳定性相近;统计分析指出配试用艇载二轴天线稳定平台... 针对微波试验用某型飞艇升空平台开展试验环境测试研究,给出了中等气象条件下的测试结果。指出定姿飞控模式下的艇体方位角稳定性优于压航迹模式,两种飞控模式下艇体俯仰角和滚转角稳定性相近;统计分析指出配试用艇载二轴天线稳定平台可有效隔离飞行中艇体三姿±10°以上的晃动,将接收天线主轴稳定指向辐射源,天线主轴方位、俯仰角控制精度优于±1°。研究了相对辐射源20~40km,迎头、横向两种航线下,艇载4.5°波束宽度天线接收信号的幅度,统计分析指出迎头飞行时天线增益损失小于1dB,信号稳定性优于±1dB,横向飞行时天线增益损失约2.3dB,信号稳定性约±3dB。研究给出了飞行条件下艇体散射环境和地面散射环境对艇载天线接收信号幅度的影响。 展开更多
关键词 微波 飞艇 试验环境 天线稳定平台 电磁散射
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飞艇平流层风场空中驻留状态估计研究 预览
9
作者 王鑫 周平方 段登平 《计算机仿真》 北大核心 2018年第12期55-59,共5页
平流层飞艇可携带大载荷实现长时间悬停,是理想的高分辨率对地观测平台。飞艇悬停需要对环境风场和飞行参数进行精确地感知,因此对环境风场的感知与飞艇自身状态的估计是定点悬停的一大难点。传统测量手段测量精度低,不能解决风场与飞... 平流层飞艇可携带大载荷实现长时间悬停,是理想的高分辨率对地观测平台。飞艇悬停需要对环境风场和飞行参数进行精确地感知,因此对环境风场的感知与飞艇自身状态的估计是定点悬停的一大难点。传统测量手段测量精度低,不能解决风场与飞艇自身运动造成的数据耦合问题。针对上述问题,研究了一种综合惯导、GPS和风速风向仪数据,根据飞行动力学方程,利用无迹卡尔曼滤波来估计风场环境和自身状态的方法。上述方法克服了普通直接测量元件精度较低的问题。根据验证飞行获取的数据进行的仿真表明,上述方法估计精度高,实时性好,具备较高的工程应用价值。 展开更多
关键词 飞艇 迎角/侧滑角 风场 无迹卡尔曼滤波
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自感应式飞艇囊体静电测试控制器设计 预览
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作者 彭平 《电子设计工程》 2018年第23期77-80,84共5页
由于飞艇囊体采用的复合材料电导率较低,在飞艇飞行过程中产生的静电很容易积累,且不容易释放。因此,静电防护是飞艇设计的关键要素之一。为了能够有效、及时地监测飞艇囊体表面静电积累及分布情况,防止静电放电对电气设备的干扰及危害... 由于飞艇囊体采用的复合材料电导率较低,在飞艇飞行过程中产生的静电很容易积累,且不容易释放。因此,静电防护是飞艇设计的关键要素之一。为了能够有效、及时地监测飞艇囊体表面静电积累及分布情况,防止静电放电对电气设备的干扰及危害,为飞艇飞行安全提供保障,设计一种基于STC89C52单片机自感应式飞艇囊体表面静电测试控制器。以STC89C52单片机为控制核心,由静电传感器检测静电,经静电信号放大和滤波后通过单片机进行数据分析、逻辑判断和数据传输。对飞艇囊体表面静电的积累及分布进行多点采样监测试验,试验结果表明:该静电测试控制器可以对微弱信号进行无失真放大、反应速度快、准确并且具有较好的稳定性,达到了设计要求。 展开更多
关键词 飞艇 静电 单片机
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旋翼推进式无人飞艇气动特性分析 被引量:2
11
作者 王璐 王云 +2 位作者 马成宇 夏俊 陈冬慧 《飞行力学》 CSCD 北大核心 2018年第1期29-33,共5页
为了获得推进式旋翼飞艇的优化设计方案,探索无人飞艇横列式双旋翼之间的距离对旋翼间气动干扰以及对飞艇整体的气动力影响规律,并据此确定横列式双旋翼的安装方式,基于计算流体力学数值模拟技术,采用多重参考系模型(MRF)对横列式双... 为了获得推进式旋翼飞艇的优化设计方案,探索无人飞艇横列式双旋翼之间的距离对旋翼间气动干扰以及对飞艇整体的气动力影响规律,并据此确定横列式双旋翼的安装方式,基于计算流体力学数值模拟技术,采用多重参考系模型(MRF)对横列式双旋翼及气囊整体的流场进行定常数值模拟。结果表明:旋翼自身受双旋翼安装距离的影响很小,而整机的气动性能受双旋翼距离的影响很大;综合考虑,双旋翼安装距离应略大于气囊直径。 展开更多
关键词 飞艇 推进旋翼 横列式双旋翼 气动性能
基于Q-Learning算法和神经网络的飞艇控制 被引量:2
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作者 聂春雨 祝明 +1 位作者 郑泽伟 武哲 《北京航空航天大学学报》 CSCD 北大核心 2017年第12期2431-2438,共8页
针对现代飞艇控制中动力学模型不确定性带来的系统建模和参数辨识工作较为复杂的问题,提出了一种基于自适应建模和在线学习机制的控制策略。设计了一种在分析实际运动的基础上建立飞艇控制马尔可夫决策过程(MDP)模型的方法,具有自适... 针对现代飞艇控制中动力学模型不确定性带来的系统建模和参数辨识工作较为复杂的问题,提出了一种基于自适应建模和在线学习机制的控制策略。设计了一种在分析实际运动的基础上建立飞艇控制马尔可夫决策过程(MDP)模型的方法,具有自适应性。采用Q-Learning算法进行在线学习并利用小脑模型关节控制器(CMAC)神经网络对动作值函数进行泛化加速。对本文方法进行仿真并与经过参数整定的PID控制器对比,验证了该控制策略的有效性。结果表明,在线学习过程能够在数小时内收敛,通过自适应方法建立的MDP模型能够满足常见飞艇控制任务的需求。本文所提控制器能够获得与PID控制器精度相当且更为智能的控制效果。 展开更多
关键词 飞艇 马尔可夫决策过程(MDP) 机器学习 Q-LEARNING 小脑模型关节控制器(CMAC)
飞艇用层压织物膜材料在双向应力作用下的弹性参数分析
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作者 陈建稳 周涵 +2 位作者 陈务军 赵兵 王明洋 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第3期344-352,共9页
为揭示双向应力作用下飞艇用层压织物膜材料弹性参数的响应特征,针对高性能蒙皮材料Uretek3216LV~进行了一系列双轴拉伸试验,获得了9种应力比例条件下的应力-应变关系数据,并分析了其非线性及正交异性特征;采用膜材料试验标准计算了... 为揭示双向应力作用下飞艇用层压织物膜材料弹性参数的响应特征,针对高性能蒙皮材料Uretek3216LV~进行了一系列双轴拉伸试验,获得了9种应力比例条件下的应力-应变关系数据,并分析了其非线性及正交异性特征;采用膜材料试验标准计算了膜材料的弹性参数,分析了应力比及应力比组合对弹性参数的影响规律;运用Matlab软件进行数值分析,得出应力空间的弹性参数响应曲面特征,并提出应力空间弹性参数加权平均值的计算方法,研究了在不同应力水平及应力比下弹性参数的变化规律.结果表明:层压膜材料的弹性参数之间无耦合关系,正交互补性质在其本构关系上的适用性不足;膜材料的变形特征及弹性参数受应力比及应力比组合的影响显著,且均呈现出明显的非线性及正交异性特征;在飞艇结构设计中,宜根据膜材料所属结构部件的应力比分布特征,选取包含相应应力比的组合项来求取弹性参数,以提高弹性参数计算的稳定性和可靠性. 展开更多
关键词 飞艇 蒙皮 层压织物 响应曲面 双向应力 力学性能
探测临近空间高声速目标的飞艇组网方法研究 预览
14
作者 杨虹 张雅声 丁文哲 《现代防御技术》 北大核心 2017年第2期40-48,共9页
为了提高对临近空间高声速目标的探测能力,探讨了一种飞艇红外组网探测系统的设计方法。提出了基于性能和基于效益的2种组网部署原则,设计了飞艇红外探测系统的组网量化指标,建立了飞艇组网系统部署模型,在此基础上设计了基于遗传... 为了提高对临近空间高声速目标的探测能力,探讨了一种飞艇红外组网探测系统的设计方法。提出了基于性能和基于效益的2种组网部署原则,设计了飞艇红外探测系统的组网量化指标,建立了飞艇组网系统部署模型,在此基础上设计了基于遗传算法的组网优化算法。仿真结果表明,该方法能够实现满足多种性能指标要求的飞艇红外组网探测系统的优化部署,为临近空间高超声速目标的探测提供了新的思路。 展开更多
关键词 飞艇 红外探测系统 临近空间高声速目标 优化组网 组网原则 性能指标
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探测高超声速飞行器的飞艇优化部署方法 预览 被引量:1
15
作者 杨虹 张雅声 丁文哲 《现代防御技术》 北大核心 2017年第6期17-24,37共9页
为提高临近空间飞艇组网探测系统对高超声速飞行器的探测能力,探讨了一种实用高效的飞艇组网探测系统优化部署方法。对三维空间中飞艇组网探测系统的优化部署问题进行了深入分析,综合考虑地球曲率、浮空飞艇放置高度、探测面海拔高度、... 为提高临近空间飞艇组网探测系统对高超声速飞行器的探测能力,探讨了一种实用高效的飞艇组网探测系统优化部署方法。对三维空间中飞艇组网探测系统的优化部署问题进行了深入分析,综合考虑地球曲率、浮空飞艇放置高度、探测面海拔高度、飞艇最大探测半径、探测器视场角等因素,提出了飞艇组网探测系统探测高超声速飞行器的三维空间优化部署指标,构建了飞艇组网探测系统的优化部署模型,利用遗传算法得到了最优部署方案,通过satellite tool kit(STK)仿真平台验证了该部署方法的有效性,各项探测性能指标的理论计算值与真实值之间的误差均小于1%。部署方法可给实际阵地环境下飞艇组网探测系统的优化部署提供一定的参考。 展开更多
关键词 飞艇 组网探测系统 高超声速飞行器 优化部署 遗传算法 STK仿真
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含滤波的改进自适应反演控制器在飞艇中的应用
16
作者 韩玎 王晓亮 +1 位作者 陈丽 段登平 《上海交通大学学报》 CSCD 北大核心 2017年第8期909-914,共6页
针对系统不确定性和外界干扰条件下飞艇降落过程的控制问题,利用飞艇的6自由度非线性动力学模型设计了基于滤波器的含修正补偿的改进自适应反演控制器,并通过Lyapunov理论验证了系统的稳定性.结果表明,指令滤波器和改进的反演控制... 针对系统不确定性和外界干扰条件下飞艇降落过程的控制问题,利用飞艇的6自由度非线性动力学模型设计了基于滤波器的含修正补偿的改进自适应反演控制器,并通过Lyapunov理论验证了系统的稳定性.结果表明,指令滤波器和改进的反演控制律能够减小气动误差并抑制外部扰动不确定性的突变.即使飞艇控制系统中存在不确定因素以及外界扰动,带滤波的改进自适应反演控制方法也可以确保飞艇沿既定路线降落. 展开更多
关键词 飞艇 自适应 反演控制 指令滤波 LYAPUNOV理论 自主降落
某型飞艇囊体应力分析 预览
17
作者 胡祥 许世宽 《机电工程技术》 2017年第11期57-59,135共4页
结合某型飞艇项目,描述了某型号飞艇囊体的结构形式,载荷特点,并建立了基于ANSYS软件的有限元模型,进行了非线性有限元仿真试验,获得了应力数据。分析表明,飞艇囊体中部应力最为集中。内外压差、囊体形状和外载荷分布是影响应力... 结合某型飞艇项目,描述了某型号飞艇囊体的结构形式,载荷特点,并建立了基于ANSYS软件的有限元模型,进行了非线性有限元仿真试验,获得了应力数据。分析表明,飞艇囊体中部应力最为集中。内外压差、囊体形状和外载荷分布是影响应力分布的主要因素。论文结果为飞艇的研究和设计提供了重要的参考依据。 展开更多
关键词 飞艇 充气膜结构 应力分析
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飞艇超级电容储能系统仿真分析 预览
18
作者 李静 《航空电子技术》 2017年第3期10-13,共4页
针对飞艇大功率设备起动时低压直流电网压降问题,对基于超级电容储能装置的供电系统进行研究。利用超级电容储能装置大电流放电特性,完成大功率用电设备启动,平衡母线电压。使用matlab/simulink建立电源系统模型和储能装置模型并进行仿... 针对飞艇大功率设备起动时低压直流电网压降问题,对基于超级电容储能装置的供电系统进行研究。利用超级电容储能装置大电流放电特性,完成大功率用电设备启动,平衡母线电压。使用matlab/simulink建立电源系统模型和储能装置模型并进行仿真验证,结果表明该方法提高了低压直流供电系统瞬时大电流放电的能力,保证系统的运行稳定性。 展开更多
关键词 超级电容 能量管理 飞艇
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考虑艇身弹性的起落装置着陆仿真分析 预览
19
作者 顾文华 穆媛 《装备环境工程》 CAS 2017年第5期60-63,共4页
目的研究软式飞艇着陆时,艇身弹性对起落装置的影响。方法建立软式飞艇艇身和起落装置的等效模型,并在LMS仿真平台中建立虚拟样机,仿真出考虑艇身弹性时起落装置着陆的动态响应。结果仿真结果显示出弹性艇身能够起到吸收和耗散能量的作... 目的研究软式飞艇着陆时,艇身弹性对起落装置的影响。方法建立软式飞艇艇身和起落装置的等效模型,并在LMS仿真平台中建立虚拟样机,仿真出考虑艇身弹性时起落装置着陆的动态响应。结果仿真结果显示出弹性艇身能够起到吸收和耗散能量的作用,减轻着陆时起落装置的过载和回弹次数。结论艇身弹性可以降低起落装置载荷,延长起落装置寿命,增加飞艇的安全性。 展开更多
关键词 弹性艇身 飞艇 起落装置 虚拟样机 动态响应
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刚度构型对飞艇定常流固耦合特性的影响研究 被引量:3
20
作者 吴小翠 王一伟 +2 位作者 黄晨光 刘玉标 罗俊清 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2016年第2期34-40,共7页
飞艇作为临近空间高分辨率观测的重要平台,力学性能研究非常重要。飞艇的主体材料一般由柔性蒙皮构成,容易在气动作用下产生较大的变形,存在较强的流固耦合效应,是其力学性能研究的关键。该文采用松耦合方法形成了定常流固耦合计算方法... 飞艇作为临近空间高分辨率观测的重要平台,力学性能研究非常重要。飞艇的主体材料一般由柔性蒙皮构成,容易在气动作用下产生较大的变形,存在较强的流固耦合效应,是其力学性能研究的关键。该文采用松耦合方法形成了定常流固耦合计算方法,并且针对流场与结构的模型展开了详细的计算,和实验结果进行了验证。针对不同刚度构型飞艇模型的计算结果显示:硬式飞艇不需考虑流场和结构的耦合效应,半硬式和软式飞艇的耦合效应较明显。其中半硬式飞艇,耦合效应主要影响区域为柔性最大的橡胶部分,考虑耦合效应后,飞艇位移变形量增加约5%。软式飞艇,变形最为明显的是飞艇的尾部和头部,在来流作用下会出现明显的抬头位移,最大位移增量为225%。此外还采用量纲分析方法,得到了艇体变形与膜材料弹性模量、内压、来流的变化规律。当模型与实物满足几何相似、材料相似和动力学相似的条件下,变形将满足几何相似律。 展开更多
关键词 流固耦合 飞艇 数值模拟 变形 量纲分析
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