平流层飞艇升空与降落过程仿真分析

摘要

平流层飞艇是近年来各国竞相研究的热点飞行器之一，其较低的运营成本、特定的升空高度、能够长期定点滞空等特点，可弥补飞机、卫星等现有飞行器的诸多不足，具有广阔的应用前景。
　　由于平流层飞艇升空与降落过程需要穿过风速剧烈变化的激流层（高度约8-17km），飞艇飞行危险性很高，对该过程进行研究具有重要的理论与实际意义。以最短航时为目标，对平流层飞艇的升空及降落过程进行了动力学仿真研究，主要研究内容如下：
　　（1）在获得大量历史测量气象数据的基础上，开发了历史气象数据分析与检索软件。该软件能够统计分析地面至平流层的风场、温度、气压、密度等环境参数，为飞艇总体设计与动力学仿真提供可靠的环境参数。
　　（2）采用叶素理论分析了螺旋桨翼型效率，根据螺旋桨75％半径处翼型效率最大的原则初步设计了适用于平流层飞艇的螺旋桨桨叶，并分析了螺旋桨桨叶推力与效率。
　　（3）采用部件拆分的工程估算方法研究了艇身与尾翼组合体的升力系数、阻力系数、压力中心和俯仰力矩系数等气动特性，为动力学仿真提供气动数据。
　　（4）在气体坐标系下推导出飞艇质点动力学方程。以升空、降落时间最短为目标，建立了螺旋桨推力大小及方向、飞艇攻角三个控制量的计算模型。开发了升空与降落过程仿真程序，可获得飞艇空速大小、偏航角、速度倾角、空间位移以及控制量随时间变化曲线。采用该程序对比分析了在某地8月（水平风最小）与1月（水平风最大）的平流层飞艇升空与降落过程，研究结果可为飞艇总体设计提供有益参考。

目录

平流层飞艇升空与降落过程仿真分析

SIMULATION ON LAUNCHING AND

摘要

Abstract

第1 章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 平流层飞艇研制计划

1.3 平流层飞艇升空过程研究进展

1.4 本文主要研究内容

第2 章 大气环境统计特性分析

2.1 统计内容

2.2 统计方

2.3 历史气象数据处理软件及处理结果

2.3.1 历史气象数据处理软件

2.3.2 处理结果

2.4 大气环境模型

2.5 历史气象数据分析检索软件

2.6 风场对飞艇的影响

2.6.1 研制阶段的影响分析

2.6.2 使用阶段的影响分析

2.6.3 提高飞艇抗风能力的措施

2.7 本章小结

第3 章 平流层飞艇总体设计

3.1 系统组成与总体参数

3.1.1 工作原理与系统组成

3.1.2 平流层飞艇总体参数

3.1.3 平流层飞艇总体布局

3.1.4 平流层飞艇气动设计

3.2 飞艇质量计算模型

3.3 螺旋桨推力与效率计算模型

3.3.1 叶素效率分析

3.3.2 螺旋桨75%半径处基本参数的取值

3.3.3 螺旋桨推力计算模型

3.3.4 二次电源电能计算

3.4 本章小结

第4 章 飞艇气动特性工程估算

4.1 升力系数

4.1.1 艇囊升力系数

4.1.2 尾翼升力系数

4.1.3 艇囊与尾翼相互影响系数

4.1.4 飞艇升力系数

4.2 飞艇阻力系数

4.2.1 艇囊阻力系数

4.2.2 尾翼阻力系数

4.2.3 飞艇阻力系数

4.3 飞艇气动力工程估算结果

4.4 本章小结

第5 章 平流层飞艇升空与降落过程仿真分析

5.1 飞艇飞行动力学模型

5.1.1 基本假设及坐标系定义

5.1.2 飞艇质心动力学模型

5.2 平流层飞艇动力学模型参数

5.2.1 状态量的取值范围

5.2.2 控制量的取值范围

5.3 平流层飞艇升空过程仿真分析

5.3.1 控制量的计算模型

5.3.2 数值积分方法

5.3.3 升空过程仿真初值

5.3.4 升空过程仿真结果分析

5.4 平流层飞艇降落过程仿真分析

5.4.1 控制量的计算模型

5.4.2 降落过程仿真初值

5.4.3 降落过程仿真结果分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

致谢

个人简历