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平流层飞艇具有不可多得的性能优点与经济性,因此近年来受到很多学者的关注。而成形发放方式具备良好的控制平台操作稳定性,使其成为平流层飞艇发放方式的必然发展趋势。本文建立了平流层飞艇的动力学模型,并针对成形发放方式进行动力学仿真,目标是探究成形发放时各种情况下飞艇的力和运动情况,研究内容包括以下几方面: (1)平流层飞艇的动力学建模 首先对系统建立完整的坐标系,并建立了包括外形、受力、位置、速度、姿态的飞艇动力学模型,之后用拉力建立约束绳模型,并在其上赋予力值函数,最后建立了气垫与飞艇的接触模型。 (2)不同发放方案对平流层飞艇发放的影响 通过动力学仿真探究两种平流层飞艇发放方案对飞艇的影响,方案一,飞艇前后共四根约束绳,发放时它们同时解锁使飞艇起飞;方案二,在尾部另加尾部约束绳,发放时前四跟约束绳同时解锁,几秒钟之后尾绳再解锁使飞艇起飞。 (3)特殊工况下飞艇发放仿真分析 通过动力学仿真探究在平流层飞艇成形发放时某些意外情况出现对飞艇的影响:第一种情况假设发放时意外导致某根前约束绳比其他约束绳延迟解锁;另一种情况假设发放时有地面风出现。 (4)发放离地时稳定姿态仰角的仿真求解及解析验证 探究平流层飞艇发放之后,离地初段的稳定姿态仰角,并将飞艇简化为二维模型进行解析验证,最后将仿真结果与本部门某实验飞艇的发放实验结果及日本SPF25m艇发放实验的结果相对比。 经过对所建立飞艇的各项动力学仿真以及一些验证得出以下结论: (1)平流层飞艇在发放之前主要由前部约束绳和尾部气垫支撑;尾部拉绳对飞艇发放起到稳定的作用,建议发放时有尾部拉绳。 (2)左前绳延迟解锁,则在其他约束绳解锁瞬间,左前绳会受到冲击,且冲击力大小与延迟时间无关;左前绳解锁延迟时间越长,对飞艇z向速度和滚转速度影响越大;有尾部拉绳会使飞艇更加稳定。 (3)在有地面风的情况下,前部绳索起到更加重要的支撑作用;后部约束绳在有侧风时会受力,起侧风保险作用;尾部气垫在各种工况都起重要的支撑作用,还需要平衡地面风造成的水平力,并且在有突然风时会受到巨大的冲击力;侧风比迎风有更大破坏力,是飞艇的重要不稳定因素。 (4)平流层飞艇在成形发放离地初段时,将在重力与浮力的作用下迅速达到稳定姿态,稳定姿态仰角较大。 总之,论文用动力学仿真的方法探究了平流层飞艇在成形发放过程中不同情况对飞艇的影响,得出一些建议性结论,指出在发放过程中应该重点注意的问题,为进一步开展平流层飞艇的实验研究提供参考。