平流层飞艇大型充气结构热流固耦合机理研究
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:51605484
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:20.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:E0506.机械设计学
- 结题年份:2019
- 批准年份:2016
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2017-01-01 至2019-12-31
- 项目参与者:陈广南; 王东辉; 张俊韬; 柳兆伟; 赵新路; 刘婷婷;
- 关键词:
项目摘要
With the advantage of long endurance, station keeping and low cost-effectiveness, stratospheric airships have the potential to be the platforms suitable for applications and missions such as earth observation, surveillance, navigation, communication relay and broadcasting. As a large-scale flexible inflatable structure by a huge inner lifting gas volume of several hundred thousand cubic meters, the stratospheric airship's inner gas characteristic plays an important role in its structural performance. During the ascent/descent and floating flight, the variations of the combined thermal condition lead to the fluctuations of the flow field inside the airship, which will remarkably affect the pressure acted on the skin and the structural distortion of the stratospheric airship. According to the multi-physics coupling mechanism mentioned above, a numerical procedure of thermal-fluid-structure interaction analysis of stratospheric airships is developed and the thermal model, CFD model, finite element code and criterion of structural strength are integrated considering various nonlinear behaviors. Based on the validation of the computation models, the distributions of the deformations and stresses of the skin are calculated with the variation of day-night time and material parameters. The effects of flight conditions and structural configurations on the structural safety of stratospheric airships in the ascent/descent and floating condition are evaluated. The numerical results can be referenced for the structural design of stratospheric airships.
平流层飞艇是工作在临近空间的新型平台,具备持久区域驻留的信息获取与信息对抗能力,有广阔的应用前景和重要价值。不同于飞机、卫星等飞行器,平流层飞艇是一种大型的充气结构,内部大量浮升气体形成内流场,内部气体状态对外部空间环境较为敏感,考虑到外部风场影响,其在上升/下降和昼夜驻留过程中会发生较复杂的热流固耦合作用,对飞行性能和结构安全性具有重要影响。本项研究以大尺度充气结构设计理论为基础,考虑薄膜结构大变形、结构褶皱屈曲、索膜接触、刚柔连接、主副气囊耦合等影响,建立平流层飞艇大型充气结构的精细化非线性有限元模型,综合考虑内外流场作用提出基于分区耦合策略的平流层飞艇充气结构热流固耦合计算方法,揭示平流层飞艇热流固耦合作用机理,深入研究不同飞行条件下软式和半硬式布局平流层飞艇结构安全性,为平流层飞艇结构设计提供理论依据和技术支撑。
结项摘要
平流层飞艇升降与昼夜驻空过程中,其大尺度柔性充气囊体结构在外部环境和内部气体流场的作用下会发生较复杂的热流固耦合作用,对飞行性能和结构安全性具有重要影响。本项目基于传热理论建立了囊体结构热特性计算模型、采用CFD方法建立了囊体内外流场计算模型,基于壳单元理论建立了结构有限元模型,综合提出了平流层飞艇囊体结构热流固分区耦合计算方法,针对平流层飞艇软式和半硬式两种结构形式,开展了升降和昼夜驻空条件下的结构安全性仿真计算,得到了上升过程中软式囊体结构薄膜褶皱数量和幅值特征,分析了驻空过程中囊体结构薄膜与太阳电池阵列连接处的应力集中机理,得到了下降过程中半硬式囊体结构的薄膜和骨架变形特征和变化规律。项目研究成果对于大尺度柔性充气薄膜结构设计具有重要意义。
项目成果
期刊论文数量(5)
专著数量(1)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(2)
基于风场环境利用的平流层浮空系统区域驻留关键问题研究进展
- DOI:--
- 发表时间:2019
- 期刊:航空学报
- 影响因子:--
- 作者:邓小龙;杨希祥;麻震宇
- 通讯作者:麻震宇
平流层超压气球长期驻空热特性分析
- DOI:--
- 发表时间:2018
- 期刊:计算机仿真
- 影响因子:--
- 作者:刘婷婷;麻震宇;杨希祥
- 通讯作者:杨希祥
Trajectory optimization and control of stratospheric airship in cruising
平流层飞艇巡航轨迹优化与控制
- DOI:10.1177/0959651819832723
- 发表时间:2019
- 期刊:Proc I Mech E Part I:J Systems and Control Engineering
- 影响因子:--
- 作者:Bingjie Zhu;Xixiang Yang;Xiaolong Deng;Zhenyu Ma
- 通讯作者:Zhenyu Ma
太阳电池对平流层飞艇热特性的影响分析
- DOI:--
- 发表时间:2018
- 期刊:宇航学报
- 影响因子:--
- 作者:刘婷婷;麻震宇;杨希祥
- 通讯作者:杨希祥
平流层飞艇太阳电池系统产能分析
- DOI:--
- 发表时间:2019
- 期刊:国防科技大学学报
- 影响因子:--
- 作者:朱炳杰;杨希祥;麻震宇
- 通讯作者:麻震宇
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其他文献
Stratobus平流层飞艇项目研究进展及仿真分析
- DOI:--
- 发表时间:2021
- 期刊:航空学报
- 影响因子:--
- 作者:杨希祥;朱炳杰;邓小龙;麻震宇
- 通讯作者:麻震宇
智能平流层浮空器Loon关键技术分析与仿真研究
- DOI:10.7527/s1000-6893.2022.27412
- 发表时间:2022
- 期刊:航空学报
- 影响因子:--
- 作者:邓小龙;杨希祥;朱炳杰;麻震宇
- 通讯作者:麻震宇
基于多层节点模型的平流层浮空器热力学分析
- DOI:--
- 发表时间:2020
- 期刊:上海交通大学学报
- 影响因子:--
- 作者:邓小龙;麻震宇;杨希祥;朱炳杰
- 通讯作者:朱炳杰
基于风场环境利用的平流层浮空器区域驻留关键问题研究进展
- DOI:--
- 发表时间:2019
- 期刊:航空学报
- 影响因子:--
- 作者:邓小龙;杨希祥;麻震宇;朱炳杰;侯中喜
- 通讯作者:侯中喜
平流层飞艇太阳电池系统产能分析
- DOI:--
- 发表时间:2019
- 期刊:国防科技大学学报
- 影响因子:--
- 作者:朱炳杰;杨希祥;麻震宇;邓小龙
- 通讯作者:邓小龙
其他文献
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