飞艇空气动力学[参考].pptVIP

飞艇组件的技术指标及质量参数 飞艇各组件技术参数比较（续表） 飞艇组件的技术指标及质量参数 在飞艇的估算中，需要对各部分组件进行估算，其中各组件的质量计算表达式如下表所示。 飞艇组件的技术指标及质量参数 飞艇各组件质量参数的计算公式（续表） 飞艇组件的技术指标及质量参数 飞艇各组件质量参数的计算公式（续表） 飞艇组件的技术指标及质量参数 飞艇各组件质量参数的计算公式（续表） 5.4 飞艇的力学参数 力学参数包括飞艇的受力、功率和能量三个方面。其中飞艇的受力参数主要包括飞艇受到的重力、浮力以及阻力等；飞艇的功率参数主要包括飞艇的推进功率、有效载荷功率和操作系统功率；飞艇的能量参数主要为再生式燃料电池所存储的能量及飞艇夜间飞行的能量需求。其中相关的计算公式如下表所示。 飞艇的力学参数 飞艇的受力参数计算公式 飞艇的力学参数 飞艇的功率参数计算公式 飞艇的力学参数 飞艇的功率参数计算公式（续表） 飞艇的力学参数 飞艇的功率参数计算公式（续表） 飞艇的力学参数 飞艇的能量参数计算公式 5.5 各参数之间满足的平衡关系 在对整个飞艇进行总体估算时，各参数之间需要满足下面3个平衡准则： 1）力平衡关系。指浮力必须能够克服重力。 2）功率平衡关系。指飞艇产生的最大电功率必须足以支持飞艇运行的最大功率。 3）能量平衡关系。指燃料电池可供储存的能量必须满足需要的能量。 5.6 升浮一体化设计 升浮一体化设计 混合飞艇是结合了飞艇和飞机的优点，同时使用浮力和气动升力来克服重力的一类飞艇。 升浮一体化设计 混合飞艇具备的优点有：悬停时消耗较少的燃料，具有较强的抵抗阵风能力等。 升浮一体化设计 升浮一体化设计的飞艇属于混合式飞艇，它将外形做成升力体的形状，整个飞艇相当于一个巨大的飞翼，内部充入氦气，从而同时使用升力和浮力来克服重力。 升浮一体化设计 平流层低速风带（20～30KM）相对较低的密度和风速使得气动升力较小，艇身＋机翼布局中的机翼不能给艇身提供额外的升力。 艇身＋机翼 升浮一体化设计 因此，对于高空混合式飞艇，宜采用升浮一体化布局方式，将整个飞艇做成升力体外形，在同一部分既产生升力，又产生浮力。 升浮一体化设计 升浮一体化方案，减轻了飞艇对浮力的需求，从而可以缩小飞艇的体积，使其结构更加简单。 作业 1）飞艇是如何实现升降的？ 2）为什么飞艇通常以艇首对风姿态飞行？ 3）简述细长体总阻力随长细比的变化趋势。 4）简述高空飞艇和传统低空飞艇的主要区别及其原因。 条片状外形问题 当内部温度降低，导致内部压力低于环境压力，蒙皮由于自身张力的作用，将会向外塌陷，形成凹弧多面体。 条片状外形问题 当内部温度恰使内部压力等于环境压力，蒙皮张力为零，不发生变形，就是平面多面体。 条片状外形问题 因此需要探讨凸凹弧形及平面多面体的流场特性与圆柱体之间的区别，揭示新的流动机理，并研究条片数目、条片形状、条片指向对气动力的影响。 条片状外形问题 按照层流边界层理论，圆柱表面的分离点处速度存在拐点，这是由于圆柱后半段逆压梯度的作用引起的。 条片状外形问题 而多边形具有角点，角点后存在很强的逆压梯度，因此，有可能分离点紧跟在角点之后。 热力耦合问题 平流层的大气温度相对比较恒定，全天维持在-56°C左右，昼夜温差很小，但光照强度变化很大。 热力耦合问题 而光照是高空飞艇的主要热量来源，因此飞艇的热平衡温度波动很大，白天可达50 °C左右，夜间为-13 °C左右。高空飞艇表面的昼夜平衡温度均高于环境温度。 热力耦合问题 高空飞艇表面的昼夜平衡温度均高于环境温度，将会引起自然对流。柔性体热自然对流还会与来流发生相互作用，导致热力耦合。 热力耦合问题 因此，需要研究自然对流与强迫来流及其他热环境因素之间的干扰机理，获得热力耦合效应对气动力的影响规律。 来流密度变化问题 由于不同高度的大气密度不同，飞艇升降必然经历来流密度变化。来流密度变化对流场演变的影响也是高空飞艇面临的新问题，有待研究。 浮力体大变形问题 大幅度的昼夜热波动还将导致浮力体体积的膨胀收缩，以及在气动力作用下柔弹性表面的变形。这种变形不同于热力耦合问题，常常是大变形问题，导致浮力体的几何特性如附加惯性发生很大的变化。 浮力体大变形问题 气动力与表面变形相关，浮力体的大变形给气动力的预测与控制带来了困难，因此，有必要研究体积变形对气动力的影响，特别是变形体的附加惯性问题。 穿越强风带的发射回收 平流层在20KM左右的高度存在低速风带，所以20KM左右是高空飞艇活动的主要范围。 穿越强风带的发射回收 在20KM左右的高度，当地密度比地面密度小一个量级以上。因此，高空飞艇尺寸非常大，一般为150m，体积在10万m3以上。如此巨大的飞艇，在发射回收过程中有很强的附加惯性效应。 穿越强风带的发射回收 高空飞艇