项目名称: 临近空间浮空器流-固-热耦合动力学模型与飞行机理研究

项目编号: No.11272205

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2013

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 段登平

作者单位: 上海交通大学

项目金额: 86万元

中文摘要: 临近空间浮空器具有大尺寸、大惯量和柔性体的特点,其飞行范围从地面到20km左右的平流层底部,环境参数呈非线性时变特征,浮空器兼有浮力/压力系统和飞行控制系统综合驱动,因此系统表现为很强的流-固-热耦合动力学特性。本项目首先基于试验数据进行大气环境分析,设计环境数据反演系统;然后采用理论分析、风洞试验和低空飞行试验相结合的方法建立临近空间浮空器流-固-热耦合动力学模型,通过浮/重平衡分析,进行压力/浮力系统设计,通过抗风能力分析进行推进系统配置;最后综合考虑压力、浮力、气动和推进等多执行机构耦合作用,建立巨型柔性浮空器系统耦合操纵动力学模型,进行系统操纵特性和驱动能力分析,期望给出临近空间浮空器全飞行包线内的飞行机理和可行的操纵方案。建立临近空间浮空器较精确的流-固-热耦合动力学模型,并进行大包线内飞行机理研究,将为临近空间浮空器的实际研制提供重要的理论依据。

中文关键词: 仿鱼推进;吊舱动力学;上升和下降;抗饱和控制;控制分配

英文摘要: Near space aerostat is characterized by a flexible structure with huge size and large inertia. It has a wide flight envelope from the ground to the 20km altitude at the lower stratosphere and is equipped with both buoyancy/pressure control system and flight control system, so the system has strong fluid-solid-thermal coupling dynamics characteristics. Firstly, the atmospheric environment is analyzed based on experimental data and the environment data system is established. Then the fluid-solid-thermal coupling dynamics model of near space aerostat is derived by using a combination of theoretical analysis, wind tunnel test and flight test. The buoyancy and pressure system is designed through the balance analysis of buoyancy and gravity, and thrust configuration is designed through the wind resistance calculation. Finally, the multi-actuator coupling effect among pressure, buoyancy, aerodynamic force and thrust are considered, the coupling maneuvering dynamics model of the huge flexible airship system is established, and system maneuvering characteristics and driving capability are studied. Based on the all above, the full envelope flight mechanism can be revealed and the feasible control scheme of near space aerostat are expected to be given. An accurate fluid-solid-thermal coupling dynamics model and feasible fl

英文关键词: fish tail propulsion;dynamics with nacelle;take-off and landing;anti-windup control;control allocation

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