临近空间飞艇内部自然对流的流场特征仿真研究

针对临近空间飞艇,对其内部氦气的自然对流特征进行了数值模拟。首先采用计算流体力学方法,并利用自编的用户自定义函数将外部的温度边界条件导入壁面网格。进而,在不同的稳态条件下,通过对内部氦气压力、温度、速度的分布等流场特征参数的研究,分析了临近空间飞艇内部气体自然对流的运动特性及其影响规律,并对自然对流非稳态变化过程进行了初步的探索。仿真结果表明,在临近空间环境下,飞艇内部氦气的自然对流,对于内部氦气自身的热交换具有一定程度的促进作用,而对蒙皮受力和结构安全性影响很小。     

平流层飞艇强迫对流特性数值仿真分析

强迫对流换热特性对平流层飞艇热状态有重要影响。以平流层飞艇流线型封闭囊体为研究对象,基于囊体内部纯导热传热的假设,采用计算流体力学方法建立平流层飞艇外部流场三维数值模型,对飞艇外部强迫对流换热特性进行仿真分析,得到了不同太阳照射角度、风速和攻角条件下的飞艇表面温度分布和内部平均温度变化规律,为平流层飞艇热状态预测和热控设计提供参考依据。     

平流层飞艇空间控制作战样式分析*

临近空间是未来作战的制高点之一,在分析了临近空间作战特点的基础上,建立了平流层飞艇编队作战模型,通过研究飞艇的信息对抗能力、防御能力及武器性能,表明激光武器比导弹更适合于平流层飞艇的临近空间作战,干扰通信系统比干扰侦察系统对作战结果的影响更大,采取一定的防御措施也不能对平流层飞艇的损失率产生较大影响.     

美军临近空间飞艇项目建设情况及启示

介绍了美军临近空间飞艇项目建设概况;总结归纳了美军临近空间飞艇项目建设的主要经验与教训;根据美军临近空间飞艇项目建设的经验和教训,从科学制定发展规划、适度控制投入规模、逐一攻克关键技术、建立健全合作机制、寓军于民夯实基础5个方面提出了我军临近空间飞艇发展的对策建议。     

临近空间大型柔性充气囊体结构特性分析

以临近空间平流层飞艇柔性充气囊体为研究对象,根据充气结构设计理论对充气囊体结构的最小压差和应力进行计算,建立平流层飞艇充气囊体结构有限元模型。在模型验证的基础上,采用非线性有限元方法对平流层飞艇充气囊体结构特性进行仿真分析,得到了囊体结构在不同压差和吊舱载荷作用下应力和变形分布及变化规律,并分析了结构加强配置对囊体应力和变形的影响,为平流层飞艇结构设计提供技术支撑和参考依据。     

电磁脉冲弹对飞艇太阳能电池毁伤效果分析

临近空间飞艇在驻空侦察、通信中转方面蕴含的军事价值逐渐为各军事强国重视。分析电磁脉冲弹打击临近空间飞艇太阳能电池的毁伤效果。在建立毁伤区域模型的基础上,分析电磁脉冲弹在不同爆炸距离、爆炸倾角和波束角的情况下,在电池上投射的毁伤面积,并对毁伤区域内特殊点功率密度的计算,分析不同爆炸高度下的毁伤效果。得出在一定射击精度条件下,一发电磁脉冲弹,距飞艇一百多米爆炸时,就能达到毁伤效果,飞艇在短时间内丧失作战能力。     

临近空间大型柔性充气囊体结构特性分析*(专题约稿)

以临近空间平流层飞艇柔性充气囊体为研究对象,根据充气结构设计理论对充气囊体结构的最小压差和应力进行计算,建立平流层飞艇充气囊体结构有限元模型,在模型验证的基础上,采用非线性有限元方法对平流层飞艇充气囊体结构特性进行仿真分析,得到了囊体结构在不同压差和吊舱载荷作用下应力和变形分布及变化规律,并分析了结构加强配置对囊体应力和变形的影响,为平流层飞艇结构设计提供技术支撑和参考依据。     

一种联翼式平流层飞艇的总体设计

对比分析现有平流层飞艇,提出了一种常规流线型升力艇加中间机翼设计的联翼式平流层飞艇,对其进行了总体设计、关键部件设计和数字化建模,经过气动可行性分析以及参数敏感性分析,对方案进行了初步验证,验证结果显示该设计具有可行性。该飞艇可在临近空间范围内长时间续航,为远程侦察、情报探测、国土勘测、灾情获取、通信等提供搭载平台,对未来临近空间飞艇设计具有参考价值。     

探测临近空间高声速目标的飞艇组网方法研究北大核心

为了提高对临近空间高声速目标的探测能力,探讨了一种飞艇红外组网探测系统的设计方法。提出了基于性能和基于效益的2种组网部署原则,设计了飞艇红外探测系统的组网量化指标,建立了飞艇组网系统部署模型,在此基础上设计了基于遗传算法的组网优化算法。仿真结果表明,该方法能够实现满足多种性能指标要求的飞艇红外组网探测系统的优化部署,为临近空间高超声速目标的探测提供了新的思路。     

探测临近空间高声速目标的飞艇组网方法研究

为了提高对临近空间高声速目标的探测能力,探讨了一种飞艇红外组网探测系统的设计方法。提出了基于性能和基于效益的2种组网部署原则,设计了飞艇红外探测系统的组网量化指标,建立了飞艇组网系统部署模型,在此基础上设计了基于遗传算法的组网优化算法。仿真结果表明,该方法能够实现满足多种性能指标要求的飞艇红外组网探测系统的优化部署,为临近空间高超声速目标的探测提供了新的思路。     

结合平流层飞艇姿态的太阳辐射强度分布

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。     

对流层飞艇净浮力变化规律的仿真研究

根据对流层大气参数变化特点,利用热力学、空气静力学原理,对飞艇净浮力进行了理论模型计算,并通过仿真分析,总结出压力高度随地面充氦体积比例变化成近似线性递减关系,净浮力不随海拔高度变化、而随地面充氦体积比例变化成近似线性递增关系,净浮力随压力高度变化成近似线性递减关系,净浮力随飞艇囊体体积变化成近似线性递增关系以及不同大气条件下的相关变化规律.该问题的研究,旨在用于指导对流层飞艇囊体体积的设计,并可作为飞艇地面维护保障工作的理论依据.     

Natural convection effects on TNT solidification inside a shaped charge mold

High Explosive Anti-Tank (HEAT) warheads and ammunitions are frequently produced by explosive casting inside an axis-symmetric mold with an inverted conical geometry in the basis. In order to prevent manufacturing defects, the solidification process must be controlled. In this study, a dimensionless solidification model has been proposed to investigate the heat transfer considering the natural convection inside the liquid explosive and the numerical simulations were performed by using COMSOL Multiphysics and Modeling Software, employing trinitrotoluene (TNT) thermophysical properties. The effect of three different boundary conditions on the top of the mold have been evaluated: convection, adiabatic and isothermal. It has been observed that solidification process was faster for convection case and slower for isothermal case, while an intermediary total solidification time value was found for adiabatic case. Moreover, liquid explosive was completely surrounded by solid explosive during the solidification process for convection case and also for adiabatic case through the end of the process. Otherwise, it was not observed for isothermal case. The natural convection effects promoted a vortex inside the liquid explosive, accelerating the heat transfer process. It has been concluded that isothermal mold top boundary condition should be preferred to prevent manufacturing defects, avoiding high thermal stress.     

平流层长航时气球上升过程超冷现象影响因素分析

平流层长航时气球超冷现象是指内部浮升气体温度低于外界大气温度,超冷会引起浮力损失进而阻碍气球上升过程。建立了长航时气球辐射、对流等热模型和上升过程动力学模型,仿真分析了初始净浮力、蒙皮热物性参数、放飞时间和放飞日期等因素对超冷现象的影响规律。研究结果表明,上升过程内外温差随初始净浮力增大而增大且变化显著,可见光吸收率和红外吸收率增大时,内外温差值总体上呈减小趋势;放飞时刻和放飞日期对超冷现象影响较小,但放飞时间不同,气球上升至设计驻空高度的时间差别较大。该结论可为平流层浮空器总体方案设计和放飞试验提供有益参考。     

平流层飞艇气动特性相似缩比分析与风洞试验

阐述了平流层飞艇气动特性天地相似缩比分析设计方法,给出了刚体模型与柔性体模型完成风洞试验需满足的相似准则数,并指导完成两类缩比模型研制及风洞试验。通过对两类缩比模型风洞试验数据的分析,发现平流层飞艇不同充气内压下气动特性规律基本一致,但较刚体模型有明显的差异;柔性特征下的气动阻力系数明显高于刚体,在零攻角状态下甚至高出一倍,引发滚转气动力矩特性出现稳定与发散的本质变化。这对平流层飞艇特别是低压保形下的柔性气动特性评估,克服现有采用刚体气动特性数据或工程估算方法进行“动阻平衡”飞艇总体设计存在较大偏差的弊端,具有重要工程应用价值。     

基于粒子群优化算法的平流层飞艇总体设计

平流层飞艇总重最小化能一定程度上反映总费用最低的设计目标,满足有效载荷功率需求是飞艇总体设计的出发点和落脚点。本文在飞艇参数建模中引入了太阳电池曲面铺装模型以及昼夜能源闭环模型;以整艇重量最小为设计目标,以昼夜能源供需平衡、浮重平衡、推阻平衡三大平衡问题为约束条件,运用粒子群优化（PSO）算法对飞艇的外形尺寸参数进行优化设计;分析了有效载荷功率需求和功率密度对于飞艇总体设计结果的敏感性。分析结果表明：（1）飞艇总重随有效载荷功率线性增加;（2）飞艇总重随有效载荷功率密度增加而迅速减小,但变化率逐渐变小,飞艇总重趋于稳定。最后,能源系统仿真的结果表明了飞艇总体设计方法的有效性和设计结果的临界特性。     

平流层飞艇抗风场干扰CUKF算法设计与应用

为了提高风场干扰环境下飞艇的导航精度,研究飞艇抗风场干扰导航算法。在建立风场干扰条件下飞艇速度误差约束模型的基础上,设计抗风场干扰的约束Unscented卡尔曼滤波算法。首先确定风场干扰条件下飞艇的速度误差约束量,将该约束与Unscented卡尔曼滤波算法相结合,对速度误差进行估计和补偿,以减小风场对飞艇定位精度的影响;然后证明该算法的状态估计量不仅是无偏的,而且协方差小于标准UKF的协方差;最后将提出的算法应用于捷联惯导/天文/合成孔径雷达组合导航系统中进行仿真验证,并与自适应扩展卡尔曼滤波和抗差自适应UKF算法进行比较,结果表明：提出的约束UKF算法的滤波性能明显优于自适应EKF和抗差自适应UKF算法,能够有效抑制风场对飞艇定位精度的影响,提高飞艇的导航定位精度。     

复杂条件下膨胀土边坡渗流和稳定性分析

膨胀土的工程性质受周围环境及气候的影响比较大,很多膨胀土边坡的失稳破坏是在降雨时或者降雨后发生的。对膨胀土边坡失稳而言,胀缩性和裂隙性是内在因素, 降雨入渗是外部诱发条件。用SEEP／W和SLOPE／W软件对膨胀土渠坡工作期间水位快速升降、降雨入渗以及自然蒸发等可能工况进行了系统分析,并考虑了裂隙的影响。分析结果表明,由于非饱和土的渗透系数很小,渠坡内部各种物理场要经过较长的时间才能达到稳定;水位快速升降对临水面含水量和压力水头的影响较快,需要经过一定时间才能影响渠坡内部的含水量和压力水头变化;膨胀土张裂缝对降雨入渗有显著的影响,含水量和总水头影响范围达到张裂缝底部;水位快速下降会导致边坡安全系数降低。研究结果对边坡稳定性分析很有意义。