V型浮空器流场与气动特性研究

V型浮空器流场与气动特性研究

论文摘要

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。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 引言
  • 1.1 研究背景
  • 1.2 国内外研究现状
  • 1.3 本文工作
  • 第二章 风洞实验
  • 2.1 风洞
  • 2.2 实验装置与实验模型
  • 2.2.1 数据采集系统
  • 2.2.2 实验元器件
  • 2.2.3 实验模型的设计
  • 2.2.4 模型安装和设备连结
  • 2.3 数据采集
  • 2.3.1 自模性实验
  • 2.3.2 系统固有频率测量
  • 2.3.3 支杆阻力测量
  • 2.3.4 气动参数值测量
  • 2.3.5 误差分析
  • 2.4 本章小结
  • 第三章 数学模型与数值计算方法
  • 3.1 三维流场数学模型
  • 3.1.1 控制方程
  • 3.1.2 湍流模型
  • 3.2 数值计算方法
  • 3.2.1 有限体积法
  • 3.2.2 压力修正SIMPLE 法
  • 3.3 本章小结
  • 第四章 流场数值模拟与准确性分析
  • 4.1 模型建立
  • 4.2 计算条件
  • 4.3 数值计算和实验结果对比
  • 4.4 本章小结
  • 第五章 流场与气动性能分析
  • 5.1 流场涡结构分析
  • 5.2 压力分布分析
  • 5.3 气动特性分析
  • 5.3.1 阻力特性
  • 5.3.2 升力特性
  • 5.3.3 升阻比
  • 5.3.4 力矩特性
  • 5.3.5 与传统外形的比较
  • 5.5 本章小结
  • 第六章 结论与展望
  • 6.1 结论
  • 6.2 不足与展望
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间发表或录用的论文
  • 致谢
  • 附录
  • 相关论文文献

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