新型高空飞艇热动力性能仿真及高度调节系统研究

摘要

本文在详细研究飞艇外部环境和飞艇飞行状态控制方式等基础上，提出了一种新型的平流层飞艇高度调节系统，该系统由空气囊、主氦气囊、超压氦气囊、氦气离心压缩机、高压氦气储蓄罐及相关阀门组成。再此基础上，分析了平流层飞艇上升、悬停、下降过程中的传热传质机制，建立了热力学及动力学模型，并对建立的平衡方程运用龙哥库塔法进行求解并得出相关结论。结果表明：飞艇在上升、下降过程中速度对其热性能影响较大，过快过慢的飞行速度都会对飞艇的稳定性有很大影响。同时，飞艇内部气囊之间的做功及外界辐射导致了飞艇各部温度的差异。此外，新型的高度调节机制能通过氦气的充放保证飞艇高度的稳定，对飞艇的作战、监控时的稳定性提供保障。不同季节、不同纬度导致飞艇所受辐射的差异，对飞艇各部分的温度分布也产生重要影响。其次，详细的研究了外界风速及飞艇温度对飞艇外膜换热系数的影响。
　　结果显示：外界风速对飞艇换热系数影响较大，风速越大对流换热系数越大，而飞艇温度对对流换热系数影响较小。最后，为完善新型高度调节机制，本文对高度调节机制核心组件氦气离心压缩机进行了设计计算，给出了核心组件离心压缩机主要部件的参数及初步整体离心压缩机电子样机图，为飞艇未来进一步的研究提供了技术支持。

目录

声明

注释表

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 飞艇发展史

1.3国内外研究现状

1.4 本文工作及创新点

第二章 飞艇外环境及控制方案

2.1大气环境参数

2.2飞艇基本参数

2.3飞艇上升、下降及悬停控制方案

2.4飞艇最小氦气质量设定

2.5飞艇定点高度

2.6 空气囊排气控制

2.7 本章小结

第三章 上升、下降数学建模及分析

3.1上升及下降过程控制模式

3.2飞艇受力模型

3.3热力学建模

3.4龙哥库塔解法

3.5结果分析

3.6本章小结

第四章 飞艇定点建模及分析

4.1飞艇外表面对流换热系数研究

4.2 定点悬停建模及分析

4.3 本章小结

第五章 飞艇高度调节核心组件设计与分析

5.1 核心组件氦气压缩机

5.2 压缩机形式确定

5.3 氦气压缩机连接方式

5.4 氦气离心压缩机初步参数及图样

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 本文总结

6.2 展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文