平流层飞艇

摘要： 为了研究Vectran纱线是否符合飞艇蒙皮材料的性能要求,探究捻度对Vectran长丝纱的力学性能的影响,并织造Vectran平纹织物。通过比较四种不同的Vectran织物的拉伸、撕裂性能,讨论涂层对Vectran织物力学性能的影响以及不同的撕裂失效模式。结果表明:加捻可以增强Vectran长丝纱的断裂强力,但需要特殊工艺,随着捻度增加,强力出现先降低后增加再降低的趋势;成本更低的400D Vectran织物可以达到飞艇蒙皮材料的力学性能要求;Vectran涂层织物与未涂层织物的撕裂失效模式不同。

摘要： 近日,某平流层飞艇在某试验基地放飞,213所研制的激光切割控制器及10路激光切割器全部可靠作用,助力飞艇及载荷放飞成功,激光火工系统技术在国内首次获得工程应用。此次试验用激光切割控制系统主要由激光切割控制器、激光切割器等组成。

摘要： 准确掌握储能电池的实际电量是确保平流层飞艇实现长航时飞行的关键因素之一。首先,建立了平流层飞艇能源系统仿真模型,对能量输入和消耗进行动态分析。随后,对储能电池进行不同电流倍率的充放电测试,采用多项式拟合的方法,根据测试数据建立了储能电池充放电过程中荷电状态(SOC)、剩余放电时间(RDT)、剩余充电时间(RCT)的分析模型。最后,结合能源系统能量输入、消耗模型和储能电池模型进行飞行模拟仿真,获取各部分变化数据,与已有试验数据进行量化对比分析。结果表明:所构建储能电池模型在SOC、RDT、RCT的计算误差分别小于3%、1.5%、1.5%,能够准确反映电池工作过程中SOC、RDT、RCT的变化,可为平流层飞艇平台制定优化的飞行策略提供量化支撑。

摘要： 平流层飞艇上表面太阳辐射强度的分布是影响光伏阵列输出性能的重要因素。为分析平流层飞艇飞行姿态对其上表面太阳辐射强度分布特征的影响,并建立飞艇动力学模型与太阳辐射物理模型交互耦合的计算模型。使用该模型对算例飞艇进行计算分析,量化得出飞艇偏航角和俯仰角耦合变化对飞艇表面太阳辐射强度分布影响的结果,并比较分析了太阳辐射强度受飞艇飞行姿态影响的特性。研究结果可用于指导太阳能电池阵在平流层飞艇上的优化布局和阵列构型。

摘要： 平流层飞艇是一种新型的长航时临近空间飞行器,具有驻空高度高、驻空时间长、承载能力大、使用效费比高等特点,在对地观测及通信中继等领域具有广泛应用前景。但是该飞行器系统十分复杂,技术与设计实现难度大,总体设计需要考虑的基础问题及解决方案尚不完全明晰。根据平流层大气风场、温度和压力的基础特征,考虑平流层环境对平流层飞艇总体设计的影响,根据空气动力学与热力学基本理论,分析平流层飞艇的显著特征及与常规低空飞艇的区别,研究这些基础问题对平流层飞艇总体设计的影响,为平流层飞艇技术发展提供建议和参考。

摘要： 针对平流层飞艇水平轨迹控制面临外部风场扰动和模型参数不确定的特点,提出一种反步法与RBF神经网络融合的非线性鲁棒轨迹控制方法.该方法采用Lagrange动力学模型,通过反步法直接求解推力和力矩的控制律,采用RBF神经网络动态优化调整反步法的控制增益参数.仿真结果表明,新的控制方法可实现平流层飞艇对直线/圆组合式参考轨迹的高精度跟踪控制,有效克服风场扰动和模型不确定性因素造成的不利影响.

摘要： 平流层飞艇在升空全过程受到复杂外界环境影响,针对其多物理场耦合的复杂升空问题建立了基于MATLAB和ADAMS联合仿真的新型热力耦合分析方法.该方法利用MATLAB建立了详细的飞艇升空热力耦合数学模型,通过时域离散及牛顿迭代法解耦获得各参数曲线,并基于ADAMS建立动力学环境下的飞艇模型,开发了ADAMS环境下实时读取飞艇变质量数据的CONSUB子程序,通过施加解耦后的力场及调用变质量子程序实现对平流层飞艇变质量升空全过程的可视化仿真控制.文中利用上述方法对某型号平流层飞艇进行热力耦合分析,获取其升空过程中的运动轨迹及姿态、气囊气体温度等规律.结果表明,气囊内外压差的设计最小值对飞艇速度的实时控制不显著,同时囊内气体在平流层阶段出现温度回升现象.分析表明该方法能高效、准确地模拟平流层飞艇在复杂多物理场耦合下的变质量升空全过程并获取各项热力参数,对飞艇升空过程参数控制及优化设计具有重要的参考价值.

摘要： 为有效降低飞艇艇身外形设计参数的维度、提高设计效率,并给予飞艇艇身初期设计一定的参考和指导.结合PAR-SEC(parametric section)参数化方法、计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)方法和基于方差的Sobol全局敏感度分析方法,形成了一套艇身外形参数关于阻力系数敏感度的评价体系.首先,采用物理意义明确的PARSEC方法描述飞艇艇身外形轮廓线.然后,由拉丁超立方抽样(Latin hypercube sampling,LHS)所产生样本艇身的阻力系数通过二维轴对称模型的CFD数值方法得到,CFD数值方法求解精度通过6个典型流线型旋成体的实验数据得到了验证,在保证雷诺数一致的情况下,计算和实验所得艇身阻力系数的平均相对误差为1.5％.最后,通过Sobol全局敏感度分析方法对艇身外形参数进行了敏感度排序.研究结果表明,与艇身阻力系数最敏感的3个参数分别为头部半径rh、最大半径rd和最大半径位置xd.在此工作基础上形成了飞艇艇身外形的设计空间,所得设计空间对提高飞艇外形设计效率、降低飞艇气动阻力系数具有积极意义.

摘要： 光伏电池发电系统是平流层飞艇的主要能源供给方式,影响飞艇长时驻空安全运行.针对飞艇铺设大规模光伏电池阵列,论文研究了一种基于电气重构的光伏电池阵列电路拓扑结构,提高了平流层飞艇光伏电池阵列在光照不均情况下的发电效率.

摘要： 为了更加准确反映平流层飞艇超压状态下的体积变化,基于LS-DYNA程序,运用流固耦合方法分析某飞艇超压-体积变化特性,研究弹性模量对于超压量、体积变化的影响.结果表明:飞艇内部气体超压将导致飞艇体积增大1％ 至4％,而飞艇体积的增大将减缓内部超压值增长的速度,超压量与体积变化呈线性关系,囊体弹性模量对飞艇体积变化有较大影响,呈非线性关系.研究结果可为平流层飞艇的结构设计和浮力控制提供一定理论支撑.

摘要： 平流层飞艇是一种低速临近空间飞行器,实现区域长期稳定驻留,可为开发利用临近空间的区域持续信息服务优势提供手段支撑.但是,平流层飞艇系统复杂,技术挑战大,设计难度大,总体设计基础问题及解决方案尚不完全明晰.本文在分析平流层飞艇基本特征的基础上,系统梳理了制约平流层飞艇总体设计的关键问题,分析了影响平流层飞艇设计研制的关键支撑技术,可为平流层飞艇技术发展提供参考.

摘要： 太阳电池作为平流层飞艇能源系统的重要组成部分,是能量产生的来源,并且直接安装于艇皮表面,与总体在功能和性能上有着复杂的联系.为了确保飞艇的正常运行,太阳电池组件与囊体之间的热控技术尤为关键.本论文首先提出了一种新型的轻质隔热型太阳电池组件结构,并建立多层结构的热传导模型,利用ANSYS进行临近空间复杂工况下的热仿真分析,参考仿真结果进一步优化组件结构设计.通过模拟平流层飞艇实际飞行环境开展太阳电池组件隔热温度试验,实测数据与仿真结果基本吻合.本论文研制的新型轻质隔热型太阳电池组件质量比功率≥370W/kg,面密度小于650g/m2,在临近空间环境下背面温度低于60°C,实现轻质结构上不低于30°C的隔热作用,解决太阳电池应用于飞艇的热控瓶颈问题,满足总体平台实际应用需求.

摘要： 可开合式艇库的设计建设是确保某平流层飞艇高海拔环境下成功放飞的关键.本文采用新型艇库结构形式,选取PVDF膜材作为艇库蒙皮材料,采取增加防尘膜盖口和在防风钢丝绳锚点处灌注混凝土的措施,使艇库具备良好的抗风防尘能力.针对常规转移式放飞外界暴露时间长、风险大、灵活性差和成本高等问题,可开合式艇库实现了飞艇放飞前的快速响应并为飞艇的安全防护提供有力保障.放飞试验结果表明本文设计的艇库可在3分钟之内开启且满足承载力要求,同时也验证了其具有较广的环境应用范围,通过不断地对其应用经验进行总结和规范,可逐步使其在实际应用中走向成熟,成为后续系统平台飞行试验、军民应用中一项标准化的地面保障设施.

摘要： 本文通过对平流层飞艇能源系统的全球专利申请现状进行研究,归纳了平流层飞艇能源系统的主要技术体系,分析了该技术领域的发展需求,并对发展的趋势做出判断.文章还对相关重要专利文献进行挖掘剖析,为平流层飞艇能源系统的创新发展提供了相应参考.

摘要： 平流层飞艇载荷舱内部安装各种任务载荷,平流层环境恶劣,为保障任务载荷正常工作,必须为其提供合适的温度、压力和湿度条件.以某型平流层飞艇载荷舱为研究对象,从系统工作的热环境分析出发,研究了聚氨酯泡沫板和电加热器组合低温热控效果及型材散热器高温热控效果,绘制了相应的温度分布云图.通过平流层环境地面模拟试验验证了热控措施有效性,相关研究可指导平流层飞艇载荷舱热控设计.

摘要： 考虑平流层飞艇动力学和热力学耦合关系,对飞艇内外压差一定时飞艇成形上升过程进行仿真分析.建立平流层飞艇热模型和上升过程动力学模型,仿真得到平流层飞艇上升过程高度、速度、温度、副气囊空气排放流量等参数变化规律,分析了不同压差对飞艇上升过程的影响.仿真结果表明,平流层飞艇成形上升过程中可存在超热和超冷现象;适当增大艇内外压差,可减小最大有效空气阀面积,有助于减少空气阀数量.为平流层飞艇上升过程研究、飞艇设计和放飞试验提供参考.

摘要： 渗透性是平流层飞艇囊体材料的一个重要因素,飞艇囊体材料的渗透性直接影响平流层飞艇的运行时间和成本,决定了平流层飞艇能否进行长航时工作.本文分析了平流层飞艇囊体材料的结构及渗透原理,并从加工条件(加工温度、揉搓过程)和试验条件(试验气体、试验温度)几个方面,研究其对飞艇囊体材料的渗透性影响.结果表明,在囊体材料加工温度下,材料的氦气渗透性变化较小,随着加工温度升高,材料显示透气;囊体材料经过机器揉搓后,随着揉搓的程度增大材料渗透性增大甚至阻气层发生破坏;不同的试验气体囊体材料的渗透性也不同,并且随着环境温度的升高飞艇囊体材料的渗透量增大.加工过程和试验条件均会造成平流层飞艇囊体材料渗透性的改变.

摘要： 本文提出了一种新的面向平流层飞艇的碳纤维(T700/TDE86)缠绕复合材料圆管预埋含纵横凹槽钛合金连接技术:该技术可实现轻量化重载吊舱在平流层飞艇上的实际工程应用.该连接技术比传统胶接粘接连接承载能力提高了约7倍,且应用该连接技术的重载吊舱结构比已有金属吊舱结构减重超过35%,复合材料圆管结构件的最大拉伸破坏载荷超过105kN,试验结果表明新型连接结构具有优异的力学性能.该连接技术综合了机械连接,胶接连接和预埋连接的优势,有效地将面内失效应力转化为法向挤压失效应力,这大大提高了结构的承载强度.试验研究发现,碳纤维管的主要失效模式是纤维撕裂损伤,纵横凹槽外表面的失效主要是内聚力失效.有限元模拟渐渐损伤过程与试验结果吻合较好.应力分析表明,胶层失效不是导致结构失去承载能力的主导因素,结构强度主要受±30°层的拉伸强度和90°层间的层间剪切强度的影响.纵横凹槽中周向勒紧的90°纱线对于复合材料圆管的承载能力非常关键.

摘要： 气动外形优化设计是减小平流层飞艇气动阻力、降低推进能耗的有效手段.仿生是人类最早、最朴素的学习方式,经过漫长的自然演变和优化选择,僧帽水母获得了独特的囊体外形和水阻特性,为平流层飞艇设计提供了重要的仿生启发.区别于常规的椭球旋成体和水滴外形,本文设计了一种僧帽水母生物启发的气动外形.首先,以僧帽水母为仿生对象,通过生物观测实验和图像处理研究其形态特征并获取仿生依据;然后,针对平流层环境特性和飞行任务需求,采用"形仿"的思路设计艇囊的气动外形;最后,建立CFD(Computational Fluid Dynamics)网格模型,计算分析仿生平流层飞艇的气动特性.结果表明:典型工况下,与常规气动外形相比,仿生平流层飞艇的升阻比提高60%以上.

摘要： 光学载荷具有应用范围广、信息直观丰富的特点,发展基于平流层飞艇平台的光学探测手段,对于临近空间应用具有重要意义.本文在分析平流层飞艇平台特点和光学载荷技术发展的基础上,论述了开展临近空间光学探测系统的优势.进而,重点针对临空高超声速目标监视领域的应用,从能量、速度、背景和重量四个方面讨论了系统发展面临的问题,并给出了应对措施.同时,还结合系统技术发展需求,探讨了临近空间发展光学探测技术的验证路线.本文的研究结果可为光学探测技术在临近空间的发展及应用提供参考.

摘要： 本发明涉及一种用于平流层飞艇偏航控制的系统、方法和飞艇，所述系统包括：动力推进装置，安装在飞艇上，用于为飞艇提供推进动力，并在推进过程中形成推进尾流区域；旋转尾翼装置，安装在所述飞艇上，并位于所述推进尾流区域内，包括可旋转的下尾翼，根据飞艇所需偏航力矩，实时调整所述下尾翼的旋转方向和旋转角度，在所述推进尾流区域形成飞艇所需要的偏航力矩，对飞艇进行偏航控制。本发明提高了平流层飞艇偏航控制的效率。

摘要： 本发明公开了一种软式平流层飞艇的浮力压力质心一体化调节系统，涉及浮空飞行器技术，包括主气囊、氦气囊、热力循环装置、前调节气囊、后调节气囊、前储液囊体、后储液囊体、压力计、鼓风机、姿态传感器、前气管、后气管、前液管、后液管；主气囊为飞艇低阻外形，内充空气，为超压结构，提供飞艇气动外形和结构刚度；氦气囊≥2个，分舱设置于主气囊的内部，内充氦气，为飞艇提供主浮力；热力循环装置设置于主气囊的底部，实现浮力调节工质气液相变热力循环；前调节气囊设置于主气囊前端，后调节气囊设置于主气囊后端；前储液囊体设置于前调节气囊的下部；后储液囊体设置于后调节气囊的下部。本发明可实现飞艇的高度保持、压力控制和姿态稳定。

摘要： 本发明涉及飞艇技术领域，提供一种平流层飞艇返场降落方法及控制平流层飞艇返场降落的系统，该方法包括以下步骤：将平流层飞艇下降至中低空空域；将拖拽飞艇行驶至平流层飞艇的前方并高于平流层飞艇；该拖拽飞艇包括拖拽绳、套环，该套环设置在拖拽绳的末端；该平流层飞艇的前部设有可与套环锁紧或解除连接的闭锁器；调整拖拽飞艇和平流层飞艇的速率和高度，将拖拽绳垂直向下释放，使套环与闭锁器锁紧，停止释放拖拽绳；控制拖拽飞艇牵引平流层飞艇向预定回收区域飞行；到达预定回收区域后，解除套环和闭锁器的连接，回收平流层飞艇。本方案能够保证平流层飞艇安全、完整地返场。

摘要： 本发明涉及飞艇技术领域，提供一种平流层飞艇返场降落方法及控制平流层飞艇返场降落的系统，该方法包括以下步骤：将平流层飞艇下降至中低空空域；将拖拽飞艇行驶至平流层飞艇的前方并高于平流层飞艇；该拖拽飞艇包括拖拽绳、套环，该套环设置在拖拽绳的末端；该平流层飞艇的前部设有可与套环锁紧或解除连接的闭锁器；调整拖拽飞艇和平流层飞艇的速率和高度，将拖拽绳垂直向下释放，使套环与闭锁器锁紧，停止释放拖拽绳；控制拖拽飞艇牵引平流层飞艇向预定回收区域飞行；到达预定回收区域后，解除套环和闭锁器的连接，回收平流层飞艇。本方案能够保证平流层飞艇安全、完整地返场。

摘要： 本发明公开一种半硬式平流层飞艇骨架及半硬式平流层飞艇，半硬式平流层飞艇骨架包括：大加劲环、小加劲环、纵拉杆、中心轴、头锥和尾锥，其中多个大加劲环分布于飞艇艇身，艇头和艇尾各自分布有一或多个小加劲环，多组纵拉杆均匀分布在大加劲环和小加劲环的圆周上将大、小加劲环依次连接起来，其中纵拉杆和大、小加劲环围绕并保护飞艇蒙皮；以及中心轴位于飞艇蒙皮内，其中中心轴的一端与纵拉杆的一端通过头锥连接起来，中心轴的另一端与纵拉杆的另一端通过尾锥连接起来。通过飞艇蒙皮外面的大、小加劲环和纵拉杆组成的整体骨架为飞艇囊体提供了刚性保护，有利于在超压失压时艇体形状的保持。

摘要： 本发明涉及一种用于平流层飞艇偏航控制的系统、方法和飞艇，所述系统包括：动力推进装置，安装在飞艇上，用于为飞艇提供推进动力，并在推进过程中形成推进尾流区域；旋转尾翼装置，安装在所述飞艇上，并位于所述推进尾流区域内，包括可旋转的下尾翼，根据飞艇所需偏航力矩，实时调整所述下尾翼的旋转方向和旋转角度，在所述推进尾流区域形成飞艇所需要的偏航力矩，对飞艇进行偏航控制。本发明提高了平流层飞艇偏航控制的效率。

摘要： 本发明公开了一种往返式超长航时可重复使用的平流层飞艇，其包括：囊体系统，囊体系统包括主囊体、空气囊及尾翼，主囊体内部充入有浮升气体；空气囊固定在主囊体的内部，空气囊内用于充入空气；吊舱群固定在主囊体的外侧底部；能源系统包括太阳能电池阵、储能电池及能源管理器，太阳能电池阵固定在主囊体的外侧顶部，储能电池固定在吊舱群内；动力系统包括螺旋桨动力装置及控制螺旋桨变矩的转向装置，压力调节系统包括主囊体放气阀、空气囊吸排气装置及浮升气体压力调节装置，主囊体放气阀固定在主囊体上，空气囊吸排气装置固定在主囊体的外侧且通过管路与空气囊连通吸排空气；飞控系统信号控制螺旋桨动力装置、转向装置。

摘要： 本实用新型公开一种半硬式平流层飞艇骨架及半硬式平流层飞艇，半硬式平流层飞艇骨架包括：大加劲环、小加劲环、纵拉杆、中心轴、头锥和尾锥，其中多个大加劲环分布于飞艇艇身，艇头和艇尾各自分布有一或多个小加劲环，多组纵拉杆均匀分布在大加劲环和小加劲环的圆周上将大、小加劲环依次连接起来，其中纵拉杆和大、小加劲环围绕并保护飞艇蒙皮；以及中心轴位于飞艇蒙皮内，其中中心轴的一端与纵拉杆的一端通过头锥连接起来，中心轴的另一端与纵拉杆的另一端通过尾锥连接起来。通过飞艇蒙皮外面的大、小加劲环和纵拉杆组成的整体骨架为飞艇囊体提供了刚性保护，有利于在超压失压时艇体形状的保持。

摘要： 本实用新型涉及飞艇技术领域，提供一种拖拽飞艇和平流层飞艇，所述拖拽飞艇，包括：气囊；吊舱，固定在气囊的下方；拖拽绳绞盘，设置于吊舱后部；拖拽绳，卷绕拖拽绳绞盘，拖拽绳的尾部设有套环；套环，设置在拖拽绳的尾部，用于与平流层飞艇的前部的闭锁器锁紧或解除连接。本方案能够保证平流层飞艇安全、完整地返场并减少耗能，保证平流层飞艇安全、完整地返场。

摘要： 本实用新型涉及飞艇技术领域，提供一种拖拽飞艇和平流层飞艇，所述拖拽飞艇，包括：气囊；拖拽飞艇尾锥，固定在气囊的尾部，并位于气囊的中心轴上；拖拽绳绞盘，设置于拖拽飞艇尾锥的后部；拖拽绳，卷绕拖拽绳绞盘，拖拽绳的尾部设有套环；套环，设置在拖拽绳的尾部，用于与平流层飞艇的前部的闭锁器锁紧或解除连接。本方案能够保证平流层飞艇安全、完整地返场并减少耗能，保证平流层飞艇安全、完整地返场。