本书紧紧围绕浮升一体化飞艇的气动布局问题,以NACA系列翼型为基准,综合考虑阻力、浮力和气动升力,通过对比分析不同后略角、厚度和间距布局形式的气动性能,设计出了一类既有较大的内部容积又具有高气动效率的新型排翼式浮升一体化飞艇,并对几种具有代表性的典型气动外形进行了大量的计算和对比研究,综合评估了各气动布局形式的浮升特性。为了提高气动效率,使用CFD结合响应面近似理论的方法,对排翼式布局的升阻特性进行
了进一步的优化设计。以更具有工程实用价值的平流层为设计平台,详细分析了排翼式浮升一体化飞艇的总体性能和技术参数,给出了经济、高效的应用实例。本书研究成果为浮升一体化飞艇的选型设计提供了新的思路,同时也对发展我国的新一代高空信息和武器平台具有较好的借鉴意义。本书可以作为从事飞艇布局设计和气动研究的相关技术人员的参考,读者对象包括飞艇总体设计、柔性材料科学、浮升一体化飞行器设计、流体力学、工程力学、太阳能技术等相关专业的科研工作者与工程技术人员,以及交通运输、航空航天、武器装备、临近空间技术等行业运载平台的研究与设计工作者。Through the numerical method,the aerodynamic and configuration design for buoyancy-lifting airship is investigated systematically.Based on the NACA aerofoil,compromising the drag,buoyancy as well as dynamic lift,a new type tandem buoyancy-lifting airship with both bigger volume and higher aerodynamic efficiency has been obtained by the contrastive research on thickness,space and array mode.The representative aerodynamic configurations are calculated and studied contrastively and the buoyancy-lifting characteristics of them are evaluated and analyzed synthetically.In order to improve the aerodynamic efficiency of airship,based on the CFD and response surface approximate theory,the optimum design for the lift-drag characteristic of tandem configuration is executed.At last,total performance and technical parameter of tandem buoyancy-lifting airship in stratospheric platform are studied in detail,and the example of its applica tion has been presented.As a result,a new idea is suggested to design the configuration of buoyancy-lifting airship.At the same time this book has also a good reference for the development of a new generation of high altitude information and weapons platform.This book can be engaged in the airship aerodynamic configuration design and relevant technical research.The recommended audience is airship overall design,flexible material science,buoyancy-lifting airship aircraft design,fluid mechanics,engineering mechanics,solar technology,transportation,aerospace,weapons and equipment,near space technology and other related engineering and technical personnels.
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前言0
第一章 绪论11.1 引言1
1.2 飞艇概述21.2.1 飞艇的产生和发展2
1.2.2 飞艇的分类3
1.2.3 飞艇的特点和优势4
1.2.4 飞艇的应用前景4
1.3 国内外飞艇的研究现状和发展趋势5
1.4 浮升一体化飞艇简介111.4.1 浮升一体化飞艇的分类12
1.4.2 浮升一体化飞艇的研究进展15
1.5 本书的研究内容17
第二章 浮升一体化飞艇的数值模拟方法202.1 数值模拟方法202.1.1 计算流体力学概述20
2.1.2 网格生成策略21
2.1.3 非结构网格和混合网格生成技术25
2.1.4 N-S方程及其求解31
2.1.5 湍流模型34
2.1.6 边界条件34
2.1.7 算例比较36
2.2 典型气动外形的选取依据37
2.3 典型气动外形的浮力特性研究412.3.1 浮力的计算方法41
2.3.2 浮力特性的对比研究43
2.4 典型气动外形的气动特性研究532.4.1 计算参数53
2.4.2 升阻特性的比较54
2.4.3 气动性能的分析55
2.5 浮升特性的评价与分析59
2.6 本章小结62
第三章 排翼式浮升一体化飞艇的布局设计和气动研究643.1 气动布局的建模65
3.2 浮力性能的分析673.2.1 体积效率和浮力67
3.2.2 展弦比对体积效率的影响69
3.2.3 后掠角对体积效率的影响69
3.3 单排飞翼的气动特性713.3.1 排列方式对气动特性的影响71
3.3.2 翼型厚度对气动特性的影响77
3.4 排翼式浮升一体化布局的气动研究793.4.1 升阻特性的分析79
3.4.2 纵向气动特性研究101
3.4.3 排翼间距离的影响105
3.5 本章小结109
第四章 基于响应面法的排翼式飞艇的气动优化设计1114.1 响应面方法1124.1.1 响应面方法简介112
4.1.2 广义响应面模型113
4.1.3 响应面的评价114
4.2 试验设计1154.2.1 试验设计方法116
4.2.2 排翼式布局的试验方案118
4.3 二次响应面模型的构造和精度分析1204.3.1 二次响应面模型的构造120
4.3.2 精度分析123
4.4 气动优化结果及分析1254.4.1 升阻性能的优化设计126
4.4.2 轴向和法向位置对气动参数的影响134
4.5 本章小结140
第五章 平流层浮升一体化飞艇的总体性能和应用研究1415.1 平流层飞艇概述1415.1.1 平流层信息平台的提出和发展现状141
5.1.2 平流层飞艇的特点与优势144
5.2 平流层排翼式飞艇的气动特性1455.2.1 气动特性分析145
5.2.2 飞行高度对升阻特性的影响150
5.3 平流层排翼式飞艇的浮升特性1525.3.1 计算参数及结果153
5.3.2 浮升特性分析158
5.4 平流层浮升一体化飞艇的总体性能和参数分析1645.4.1 参数的定义和估算164
5.4.2 总体性能的分析和评估166
5.5 本章小结172
5.6 总结与展望172
参考文献175