收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

平流层飞艇绕流场与膜结构大变形的耦合计算

刘建闽  
【摘要】: 平流层飞艇(平台)是一种典型的临近空间飞行器,在民用与国防中都有着广泛的应用前景,为当前世界各国的研究热点。平流层飞艇外部蒙皮采用膜结构,膜结构整体刚度较小,为柔性结构,其非线性大变形与周围流场的相互作用是一个复杂的流固耦合问题。要更准确地把握这类问题的力学性能,并使膜结构在工程应用中得到进一步优化,了解结构和流场之间的相互影响是关键。本文通过理论分析,建立了三维流场与薄膜结构大变形耦合作用的数学模型,自主开发了模拟流固耦合的计算软件,用以分析薄膜与流场相互影响下飞艇的气动特性及其变化,研究了平流层飞艇定点平飞状态下的气弹性特性。 本文主要工作如下: 1.建立了三维流场和膜结构大变形耦合求解的数学模型与计算方法。对于三维流场的求解,其控制方程建立在连续性方程和雷诺平均Navier-Stokes方程的基础上,湍流模式采用了标准的k ?ε两方程模型及低雷诺数修正模型。流场数值模拟采用基于有限体积法的压力修正SIMPLE算法,采用SIP法迭代求解方程组。对于膜结构大挠度柔性变形分析,其数学模型建立在膜结构的非线性几何关系、本构关系及结构平衡方程的基础上。结构变形的数值模拟采用了非线性有限元分析方法,利用更新的Lagrange格式增量方法来保证大变形计算的求解精度,并通过Newton-Raphson迭代法求解所得的非线性方程。 2.建立了适用于三维流场中膜结构分析的紧耦合计算方案,解决了流固耦合计算中网格变形和界面信息交换问题。应用网格分块方法以实现在较复杂的形体中建立结构化流场网格,采用无限插值方法实现流场网格的自动生成,以此解决了耦合迭代计算中流场边界网格变形的问题。通过薄片样条法插值来实现流场和结构之间的信息交换。 3.自主开发了流固耦合计算程序,并整合了流场分析、结构分析、网格生成及界面交换技术等程序模块。通过现有的理论和实验实例来验证程序的正确可靠,为工程设计和分析提供了有用的数值计算工具。 4.研究了平流层定点静飞状态下的飞艇气弹性特性。通过建立不同的计算模型和流动条件,分别讨论裸艇和带舵全艇的气弹性特性,通过分析各模型间的气动力参数变化、压力场分布差异以及变形量分布等特征来较为全面地了解柔性飞艇的气弹性特性。着重研究了来流攻角、速度、艇身长度、不同材料刚性以及不同定点工作压差等因素下飞艇的气弹性对飞艇气动力参数、压力分布以及结构变形的影响,可以为平流层飞艇的气动、结构、动力和控制系统分析和设计提供理论依据。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前17条
1 才晶晶;李兆杰;张衍垒;王旭巍;杨燕初;梁福鑫;;相变材料在长期驻空平流层飞艇上的应用探讨[J];太阳能学报;2021年03期
2 王晓亮;谢炜程;;平流层飞艇昼夜驻空蒙皮热特性研究[J];装备环境工程;2020年01期
3 冯耀;王红;曲智国;张裕禄;;平流层飞艇晃动对雷达测量误差的影响分析[J];战术导弹技术;2020年03期
4 付翔;;简述平流层飞艇平台的总体技术设计[J];电子世界;2020年12期
5 龙飞;;平流层飞艇发展现状研究[J];决策探索(中);2019年05期
6 贾高伟;杨希祥;;平流层飞艇合成孔径雷达成像优化策略[J];国防科技大学学报;2018年05期
7 郭虓;祝明;武哲;;综合热力学模型的平流层飞艇上升轨迹优化[J];北京航空航天大学学报;2012年10期
8 王彦广;姚伟;李勇;;平流层飞艇技术发展及其应用前景展望[J];卫星与网络;2010年04期
9 李峰;叶正寅;;平流层飞艇空气动力学研究进展[J];华东交通大学学报;2008年01期
10 方贤德;王伟志;李小建;;平流层飞艇热仿真初步探讨[J];航天返回与遥感;2007年02期
11 刘大海;阎健;张健勇;李丽;;平流层飞艇的能源技术和平衡分析[J];航天返回与遥感;2006年02期
12 邓黎;;平流层飞艇的环境控制[J];航天返回与遥感;2006年03期
13 马家兴;全荣辉;滕海山;杨杭;;基于离子风电推进系统的平流层飞艇飞行轨迹分析[J];宇航学报;2021年05期
14 张永栋;翟嘉琪;孟小君;王紫薇;张宇;王建勋;;基于行为逻辑的平流层飞艇试验自动测试方法[J];航空学报;2018年09期
15 孟军辉;张艳博;吕明云;;平流层飞艇蒙皮材料织物纤维拔出过程分析[J];北京航空航天大学学报;2014年08期
16 刘刚;张玉军;;平流层飞艇定点驻留控制分析与仿真[J];兵工自动化;2008年12期
17 张宇;王晓亮;;封面图片说明[J];哈尔滨工业大学学报;2021年06期
中国重要会议论文全文数据库 前20条
1 仇翯辰;邱志平;王晓军;;平流层飞艇充气柔性膜结构的不确定性优化[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年
2 戴秋敏;方贤德;;平流层飞艇囊体热流固耦合分析[A];第五届高分辨率对地观测学术年会论文集[C];2018年
3 戴秋敏;方贤德;张艺警;秦利宇;;双气囊平流层飞艇上升过程数值仿真[A];第七届高分辨率对地观测学术年会论文集[C];2020年
4 刘也;于春锐;崔文楠;赵泽亚;;临近空间先进光学探测技术的发展机遇与挑战[A];第七届高分辨率对地观测学术年会论文集[C];2020年
5 孙朝阳;黄起强;张鹏;熊超;;可开合式艇库在平流层飞艇飞行试验中的应用研究[A];第七届高分辨率对地观测学术年会论文集[C];2020年
6 于春锐;乔凯;韩晓亚;刘也;;平流层飞艇总体设计关键问题分析[A];第七届高分辨率对地观测学术年会论文集[C];2020年
7 杨跃能;郑伟;张斌;;平流层飞艇气动外形仿生设计与分析[A];第六届高分辨率对地观测学术年会论文集(下)[C];2019年
8 罗海波;李兆杰;何小辉;秦玉梅;张冬辉;;面向平流层飞艇的碳纤维复合材料重载关键连接技术研究[A];第六届高分辨率对地观测学术年会论文集(下)[C];2019年
9 解云焕;李峰;张明鹤;刘鹤;;平流层飞艇囊体材料技术专利态势分析[A];第五届高分辨率对地观测学术年会论文集[C];2018年
10 高鸿启;江京;;一种平流层飞艇的热平衡建模技术研究[A];第四届高分辨率对地观测学术年会论文集[C];2017年
11 李小建;方贤德;李大鹏;;平流层飞艇太阳能电池热特性研究[A];第三届高分辨率对地观测学术年会优秀论文集[C];2014年
12 刘德华;;平流层飞艇动力系统配置研究[A];2011年中国浮空器大会论文集[C];2011年
13 马明;陈凤贵;蒋雪莲;;平流层飞艇大气海洋环境探测应用分析[A];2011年中国浮空器大会论文集[C];2011年
14 马明;谢志辉;王胜国;杜晓勇;;平流层基础环境国内外研究现状分析[A];2011年中国浮空器大会论文集[C];2011年
15 李智斌;孙帅;郭铁能;吴雷;田科丰;;一种自适应变体飞艇放飞与回收过程力学机理分析[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年
16 林献武;李真真;白璐;;平流层飞艇上升过程中水蒸气相变的影响研究[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年
17 马珂;张明鹤;;平流层飞艇能源系统的专利分析[A];第六届高分辨率对地观测学术年会论文集(上)[C];2019年
18 杨跃能;郑伟;;平流层飞艇控制关键技术研究综述[A];第37届中国控制会议论文集(F)[C];2018年
19 刘婷婷;江梦;孙娜;;平流层飞艇等压差成形上升过程仿真分析[A];第六届高分辨率对地观测学术年会论文集(上)[C];2019年
20 张家实;杨希祥;;风场中平流层飞艇高度组合控制方法[A];第四届高分辨率对地观测学术年会论文集[C];2017年
中国博士学位论文全文数据库 前13条
1 刘建闽;平流层飞艇绕流场与膜结构大变形的耦合计算[D];上海交通大学;2007年
2 杨跃能;平流层飞艇动力学建模与控制方法研究[D];国防科学技术大学;2013年
3 李天娥;软式平流层飞艇的气动性能与多目标优化研究[D];哈尔滨工业大学;2017年
4 毛丽娜;充气膜结构反射面的形态分析与优化方法研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
5 殷惠君;膜结构风荷载的数值模拟研究[D];同济大学;2006年
6 江锡虎;充气膜结构全过程分析和造型技术研究[D];同济大学;2006年
7 刘凯;张拉式膜结构设计与施工的研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
8 刘长江;建筑膜结构非线性振动及其预张力测量理论和试验研究[D];重庆大学;2012年
9 李晓旺;基于线性振动离散方程的管状充气膜结构时域动载荷识别[D];上海交通大学;2020年
10 胡叶兵;镍基高温合金氧化动力学与氧化膜结构的演化规律关系研究[D];大连理工大学;2019年
11 南波;半硬式平流层飞艇骨架精细化分析与轻量化设计[D];哈尔滨工业大学;2015年
12 于晓彧;STING相分离器负调控天然免疫[D];北京大学;2021年
13 李小建;临近空间浮空器热—结构耦合数值模拟研究[D];南京航空航天大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前20条
1 陈亚飞;飞艇蒙皮材料撕裂性能试验与理论研究[D];上海交通大学;2018年
2 孙攀;平流层飞艇鼓风机设计及特性研究[D];上海交通大学;2018年
3 王鑫;平流层飞艇的定点悬停制导方法研究[D];上海交通大学;2018年
4 陈永霖;平流层飞艇蒙皮材料撕裂性能研究[D];上海交通大学;2016年
5 刘婷婷;平流层飞艇长期驻空热特性研究[D];国防科技大学;2017年
6 张家实;风场中平流层飞艇轨迹控制方法[D];国防科技大学;2017年
7 聂红朋;基于传热—运动耦合模型的二元气囊平流层飞艇驻空研究[D];厦门大学;2018年
8 陈兵武;平流层飞艇飞行控制若干问题研究[D];厦门大学;2018年
9 徐文;平流层飞艇蒙皮材料力学性能研究[D];上海交通大学;2017年
10 赵新路;平流层飞艇总体设计优化方法研究[D];国防科学技术大学;2016年
11 邱继辉;基于ELM算法的风速预测及其在平流层飞艇定点驻留控制中的应用[D];厦门大学;2017年
12 陈川;平流层飞艇结构数值仿真分析优化与适航技术研究[D];南京航空航天大学;2017年
13 张中昱;平流层飞艇气动特性的数值模拟研究[D];哈尔滨工业大学;2014年
14 王明建;平流层飞艇平台的建模与控制方法研究[D];国防科学技术大学;2007年
15 沈克利;飞艇充气囊体变形规律的探究[D];上海交通大学;2015年
16 陈行军;平流层飞艇超压控制的建模与仿真[D];华中科技大学;2006年
17 高明;近空间飞艇飞行运动建模与控制研究[D];南京航空航天大学;2008年
18 李循锐;匀速风场下膜结构的流固耦合分析[D];合肥工业大学;2014年
19 赵德顺;考虑流固耦合的充气膜结构风动力特性研究[D];西安建筑科技大学;2017年
20 张峰;考虑流固耦合效应下的膜结构动力特性分析[D];苏州科技大学;2019年
中国重要报纸全文数据库 前20条
1 本报记者 袁一雪;飞艇做平台 先要停得住[N];中国科学报;2018年
2 本报记者 原诗萌;飞艇发展大时代渐行渐近[N];中国科学报;2013年
3 本报记者 荣为人 通讯员 郑国田;注重特色 实现航空新跨越[N];中国航空报;2006年
4 本报记者 宋京平;膜结构的昨天今天和明天[N];中国建设报;2012年
5 何彦斌;我国第一个膜结构罩棚环索张拉成功[N];大众科技报;2000年
6 张鸣 石莉莉;空间膜结构成套技术达到国际先进水平[N];中华建筑报;2004年
7 蔡欣烨;国产膜结构 蹒跚向前行[N];广东建设报;2004年
8 嘉禾;膜结构将在奥运场馆放光彩[N];中国花卉报;2004年
9 记者翟立;“天塔”为膜结构建筑编织国产“衣”[N];中国建设报;2005年
10 本报记者 宋波;膜结构建筑造型丰富性能卓越[N];中国花卉报;2003年
11 ;世界最大膜结构屋顶:死海漂浮中心[N];中国建设报;2003年
12 本报记者 陈璞;膜结构成就奥运游泳馆[N];大众科技报;2006年
13 段秀琳 行鹍鹏;航天科技集团四院43所康本公司 国家重大科技专项飞艇骨架完成装配[N];中国航天报;2020年
14 本报评论员;好事儿:经济转型 就业搭车[N];内蒙古日报(汉);2014年
15 本报记者 王春生;二十一世纪 空间结构异彩纷呈[N];中国建设报;2003年
16 记者 刘革;我市着力推进12个军民融合产业项目[N];岳阳日报;2016年
17 本报记者 陈永杰;抢占平流层:谁的飞艇能上二层天[N];北京科技报;2008年
18 本报首席记者 张迈建;建筑与纺织的“姻亲”[N];中国纺织报;2011年
19 记者王春生;国内第一家膜材生产基地诞生[N];中国建设报;2003年
20 本报记者  宋赜;志在蓝天绘蓝图[N];中国建设报;2006年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978