平流层飞艇气动特性的数值模拟研究

摘要

平流层飞艇是运行在平流层底层（20～50km）的轻于空气的飞行器，由于具有长时间定点悬停、覆盖面积广、不易被雷达探测等诸多优点，可以作为多种用途的通信平台，受到世界各国的广泛关注。气动性能分析是平流层飞艇总体方案论证和设计的重要内容。飞艇气动力的计算、掌握气动参数的变化规律对飞艇有效的控制操作、稳定性分析、合理的设计等方面具有重要的现实意义。本文针对某型平流层飞艇，利用CFD数值模拟技术分析了在环境参数和模型参数变化时，飞艇气动力特性的变化规律。
　　本文首先结合ADINA对CFD的数值计算原理进行了简要介绍，对数值计算中一些基本理论和参数进行了探讨，建立了模拟平流层飞艇外流场的相关控制方程、湍流模型，给出了边界条件，在此基础上实现对飞艇气动力特性的模拟，并与风洞实验结果进行比对，研究表明，本文所采用的数值模拟方法能够较好地反映平流层飞艇的气动力特性。
　　在此基础上，针对某型飞艇原型，对环境参数的变化，如飞艇升空过程及驻空工作中偏航角、俯仰角改变时的气动力的变化规律进行了模拟，研究表明，飞艇气动力参数随偏航角或俯仰角的变化具有一定规律性，而升空过程中的气动力则变化复杂。随后对飞艇模型参数的变化，如有无尾翼、长细比改变以及原型和缩尺模型气动力的差异等方面进行了数值模拟，计算结果为平流层飞艇气动外形设计提供了参考。
　　最后，在前文分析基础上总结了影响飞艇气动力特性的主要因素，对长细比及雷诺数同时改变时的气动阻力进行计算，得到多组数据，通过曲面拟合给出了该型飞艇阻力系数的计算公式，并给出了艇体姿态对体积阻力系数的修正。为该型飞艇气动力的计算提供了依据。

目录

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第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要工作

第2章 CFD数值模拟方法研究

2.1 引言

2.2 基于ADINA的数值模拟方法

2.3 刚性飞艇数值模拟方法及验证

2.4 本章小结

第3章 刚性飞艇气动特性研究

3.1 引言

3.2 飞行姿态对飞艇气动特性的影响

3.3 平流层飞艇升空过程中的气动力特性分析

3.4 模型参数对飞艇气动力特性的影响

3.5 本章小结

第4章 刚性飞艇的气动力拟合

4.1 引言

4.2 拟合方法

4.3 零俯仰零偏航工况下的气动力拟合

4.4 俯仰角/偏航角的影响

4.5 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢