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V型浮空器流场与气动特性研究

吴剑  
【摘要】:对于近空间的探索和利用一直是人类不断追求的目标。特别是进去新世纪以来,人们更是对平流层飞艇的研究表现出了浓厚的兴趣。美国民间空天研究组织JP Aerospace提出并着手研究ascender高空飞艇暨ATO(airship to orbit)计划,独创性地采用了V型艇体并成功放飞至高平流层。而探究其是否具有相较于传统外形更优异的性能,能否代表新阶段平流层飞艇发展的某种方向或者趋势,能给我们今后的高空飞艇研究一些启发。 本文用CFD方法模拟V型浮空器飞行流场并将计算结果与低速风洞实验进行对比,来研究偏航俯仰稳定性以及升阻力等气动特性。 本文研究内容可分为以下几个部分: 1.初步估算飞行器气动力与力矩的数值。以实验目的和估算结果为依据来设计实验,包括模型的设计、电器元件的选择、天平的标定、测量电路的连结。然后完成实验操作,进行数据采集、分析与处理,最后绘制数据曲线。 2.建立整体网格模型,对流场进行CFD计算,获得气动参数计算值并绘制升阻力和力矩等随攻角变化的曲线。对比计算结果的升阻力曲线和实验值,验证实验的准确性。 3.根据经过验证的数值结果分析并描述流场。重点描述速度场、压力场以及涡旋的发展。简要分析独特的涡旋结构与气动力之间的关系。 4.分析气动参数曲线,得出V型夹角与气动特性之间的关系。并对比传统外形的气动曲线,分析V型浮空器的气动特征和优缺点。


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