《臨近空間浮空器流-固-熱耦合動力學模型與飛行機理研究》是依託上海交通大學，由段登平擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：臨近空間浮空器流-固-熱耦合動力學模型與飛行機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：段登平
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
臨近空間浮空器具有大尺寸、大慣量和柔性體的特點，其飛行範圍從地面到20km左右的平流層底部，環境參數呈非線性時變特徵，浮空器兼有浮力/壓力系統和飛行控制系統綜合驅動，因此系統表現為很強的流-固-熱耦合動力學特性。本項目首先基於試驗數據進行大氣環境分析，設計環境數據反演系統；然後採用理論分析、風洞試驗和低空飛行試驗相結合的方法建立臨近空間浮空器流-固-熱耦合動力學模型，通過浮/重平衡分析，進行壓力/浮力系統設計，通過抗風能力分析進行推進系統配置；最后綜合考慮壓力、浮力、氣動和推進等多執行機構耦合作用，建立巨型柔性浮空器系統耦合操縱動力學模型，進行系統操縱特性和驅動能力分析，期望給出臨近空間浮空器全飛行包線內的飛行機理和可行的操縱方案。建立臨近空間浮空器較精確的流-固-熱耦合動力學模型，並進行大包線內飛行機理研究，將為臨近空間浮空器的實際研製提供重要的理論依據。
結題摘要
臨近空間是距離地面20-100km高度的空間區域，是高於商業飛機而低於軌道衛星的高度，這個區域用於軍事偵察、科學研究和商業通訊和旅遊等具有獨到的優勢。近期臨近空間浮空器被人們提出來用於中繼平台，得到廣泛的研究，然而目前還處於實驗驗證階段。 本項目基於試驗數據進行大氣環境分析，設計環境數據反演系統，預測浮空器的升降軌跡和落點；採用理論分析、風洞試驗和低空飛行試驗相結合的方法建立臨近空間浮空器流-固-熱耦合動力學模型；建立巨型柔性浮空器系統耦合操縱動力學模型，並著重研究了仿生魚的推進原理；通過仿真分析和部分試驗驗證，給出臨近空間浮空器全飛行包線內的飛行機理和可行的操縱方案。 項目主要完成內容為： (1) 巨型柔性浮空器流-固-熱耦合動力學模型分析； (2) 巨型柔性浮空器耦合操縱系統模型和開環飛行機理分析； (3) 巨型柔性浮空器控制系統設計和閉環飛行機理分析； (4) 大尺度柔性體綜合控制仿真驗證平台搭建和飛行試驗設計。 項目主要研究成果如下： (1) 給出臨近空間浮空器模型建模的若干關鍵問題解決辦法； (2) 給出臨近空間浮空器控制若干關鍵問題的策略； (3) 給出臨近空間浮空器不同階段的飛行機理； (4) 研究理論在多類浮空器上進行了仿真和飛行驗證。 以上研究成果發表論文22篇，其中SCI檢索14篇，EI檢索7篇；申請發明專利6項；編寫教材一部《大氣動力/靜力飛行器飛行原理》；指導博士畢業生5名,碩士畢業生5名。研究結果部分套用於實際飛行驗證，為臨近空間飛行器的實際研製提供理論基礎。
