平流层飞艇总体性能与技术研究

摘要

平流层飞艇以其巨大的通讯和军事价值，近三十年来一直受到世界各大军事强国关注。本文以我国平流层通信平台的预研项目为背景，首先总结了平流层飞艇的特点、应用、系统组成和相关技术；然后对平流层飞艇概念性设计中的几何建模、外形优化和参数分析方面展开研究。 本文自编程序实现了平流层飞艇的参数化建模，从而能够快速地获得不同截面外形和几何参数下的气动分析模型，为飞艇的外形设计节省大量的时间。同时试算了双纽线、玫瑰线等外形下飞艇阻力特性，发现当飞艇长细接近于4时，飞艇既适合于控制，又能产生足够的浮力，因此本文提出了一种改进的三叶玫瑰线外形方案。在飞艇外形优化的过程中，本文引入代理模型的概念，即采用拉丁超立方试验设计方法给出样本点，Kriging近似方法建立了气动分析模块的代理模型，从而在Isight框架中，以飞艇重量最小为设计目标进行平流层飞艇外形优化设计。最后在外形优化设计的基础上，分析动力、材料、能源等技术参数的提高对当前飞艇重量和尺寸的影响，指出目前平流层飞艇技术发展的方向。