專利名稱：一種平流層飛艇低阻層流囊體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及航空設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及飛艇囊體設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
由于平流層飛艇的飛行動(dòng)力能源來(lái)自于太陽(yáng)能電池，考慮到飛艇攜帶能源的有限性以及高空飛艇長(zhǎng)久駐空的需求，低阻力是減小能量消耗的有效途徑，可使飛艇減小體積或增加載荷。因此，平流層飛艇減阻問(wèn)題顯得至關(guān)重要。在平流層飛艇的總阻力中，約有 1/2 2/3是由囊體引起的，因此能否減小囊體阻力從而獲得設(shè)計(jì)條件下的最優(yōu)囊體氣動(dòng)外形是整個(gè)飛艇設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問(wèn)題。影響飛艇囊體阻力的主要因素為表面積、長(zhǎng)細(xì)比、最大截面位置。現(xiàn)有的平流層飛艇大多由于長(zhǎng)細(xì)比、最大截面位置設(shè)計(jì)不當(dāng)，飛艇的飛行時(shí)總阻力較大，增大了飛艇的能量消耗。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是針對(duì)現(xiàn)有的平流層飛艇由于長(zhǎng)細(xì)比、最大截面位置設(shè)計(jì)不當(dāng)而導(dǎo)致飛艇飛行時(shí)總阻力較大，增加飛艇能量消耗的缺點(diǎn)，而提供的一種平流層飛艇低阻層流囊體。平流層飛艇低阻層流囊體，囊體最大橫截面位于囊體長(zhǎng)度的48-52%處，囊體的長(zhǎng)細(xì)比為長(zhǎng)度最大直徑=4. 2-4. 4:1。其囊體最佳最大橫截面位置位于囊體長(zhǎng)的50%處，囊體的最佳長(zhǎng)細(xì)比為長(zhǎng)度最大直徑=4. 3 1。

附圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2為阻力系數(shù)隨最大截面位置變化的曲線圖；附圖3為阻力系數(shù)隨長(zhǎng)細(xì)比變化的曲線圖；附圖4為阻力系數(shù)隨長(zhǎng)細(xì)比、最大截面位置和雷諾數(shù)變化的曲線具體實(shí)施方式
設(shè)計(jì)飛艇囊體1時(shí)，使囊體最大橫截面(B)位于囊體長(zhǎng)度(A)的48-52%處，囊體的長(zhǎng)細(xì)比為長(zhǎng)度最大直徑=4. 2-4. 4:1。囊體1最佳最大橫截面位置位于囊體長(zhǎng)的50%處，囊體的長(zhǎng)細(xì)比為長(zhǎng)度最大直徑=4.3 1。設(shè)計(jì)理論采用數(shù)值計(jì)算和風(fēng)洞試驗(yàn)相結(jié)合的方法對(duì)平流層低阻囊體進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，其主要內(nèi)容包括a)固定飛艇體積、長(zhǎng)度，改變飛艇的最大橫截面位置，分析它對(duì)于飛艇阻力系數(shù)的影響；b)固定飛艇體積、改變飛艇的長(zhǎng)細(xì)比，分析它對(duì)于飛艇阻力系數(shù)的影響；通過(guò)綜合分析在平流層大氣環(huán)境下長(zhǎng)細(xì)比、最大截面位置變化對(duì)飛艇阻力特性的影響，從而找到一種優(yōu)化的平流層飛艇低阻層流囊體氣動(dòng)外形，從而減小阻力，提高平流層飛艇平臺(tái)的氣動(dòng)性能，實(shí)現(xiàn)其在平流層高空長(zhǎng)航時(shí)飛行的技術(shù)要求。具體設(shè)計(jì)研究方式如下a)建立初始物理模型并劃分網(wǎng)格b)確定計(jì)算方法采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)方法對(duì)平流層低阻囊體進(jìn)行設(shè)計(jì)。計(jì)算網(wǎng)格為貼體結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，數(shù)值計(jì)算選用k- ε湍流模型求解三維有粘不可壓縮流動(dòng)的N-S方程。采用風(fēng)洞試驗(yàn)對(duì)數(shù)值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。c)計(jì)算結(jié)果與分析飛艇囊體阻力系數(shù)分別隨最大截面位置、長(zhǎng)細(xì)比以及雷諾數(shù)變化的曲線如圖2所示，從圖中我們可以得到以下結(jié)論(1)隨著最大橫截面位置的后移，阻力系數(shù)先是逐漸減小，在51%時(shí)阻力系數(shù)達(dá)到最小，但是隨著最大橫截面位置的繼續(xù)后移阻力系數(shù)又逐漸增加。因此，當(dāng)囊體的長(zhǎng)度一定時(shí)，最大橫截面位置設(shè)計(jì)在囊體長(zhǎng)的50%左右可以使囊體阻力達(dá)到最小。通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)驗(yàn)證，證明該結(jié)果是可信的。(2)隨著長(zhǎng)細(xì)比的增加，阻力系數(shù)先是減小，在長(zhǎng)細(xì)比為4. 3時(shí)阻力系數(shù)達(dá)到最下，之后阻力系數(shù)又逐漸增加。參考國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，變長(zhǎng)細(xì)比時(shí)最小阻力系數(shù)最有可能出現(xiàn)在L/D = 5與L/D = 4之間，與本次計(jì)算結(jié)果基本一致。
權(quán)利要求1.一種平流層飛艇低阻層流囊體，包括囊體(1)，其特征在于囊體最大橫截面(B)位于囊體長(zhǎng)度(A)的48-52%處，囊體的長(zhǎng)細(xì)比為長(zhǎng)度最大直徑=4.4-4.2 1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平流層飛艇低阻層流囊體，其特征在于囊體(1)最大橫截面位置位于囊體長(zhǎng)的50%處，囊體的長(zhǎng)細(xì)比為長(zhǎng)度最大直徑=4.3 1。
專利摘要一種平流層飛艇低阻層流囊體，包括囊體(1)，其特征在于囊體最大橫截面(B)位于囊體長(zhǎng)度(A)的48-52％處，囊體的長(zhǎng)細(xì)比為長(zhǎng)度∶最大直徑＝4.4-4.2∶1。囊體(1)最大橫截面位置位于囊體長(zhǎng)的50％處，囊體的長(zhǎng)細(xì)比為長(zhǎng)度∶最大直徑＝4.3∶1。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是平流層飛艇長(zhǎng)細(xì)比、最大截面位置設(shè)計(jì)合理，飛艇的飛行時(shí)總阻力較小，減少了飛艇的能量消耗。
文檔編號(hào)B64B1/58GK201980414SQ20102067242
公開(kāi)日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2010年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月22日
發(fā)明者姜婉, 黃龍?zhí)?申請(qǐng)人:中國(guó)特種飛行器研究所