基于B样条的平流层飞艇外形优化设计

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1、第22卷第5期航天器工程v01．22No．52013年10月SPACECRAFTENGINEERING21基于B样条的平流层飞艇外形优化设计马蓉姚伟(中国空吕晓辰王超宋坚李勇问技术研究院，北京100094)摘要为改善飞艇气动性能，提高推进系统的效率，增加飞艇承受有效负载的能力并延长其运行时间，将飞艇艇体气动阻力和艇体表面积两个主要因素引入到平流层飞艇外形优化设计中，建立了复合目标函数，在飞艇体积不变的前提下，采用EXTREM数值优化算法，对平流层飞艇外形基于B样条曲线参数化方法在体积和长度不变的限制条件下，进行了双目标优化设计，优化后，外

2、形的气动阻力减小了7．12％，同时飞艇艇体表面积也减少了1．76％。文章的研究结果实现了减阻和减重的双重目标，证明了该方法是合理可行的，可为平流层飞艇总体设计提供相关参考。关键词平流层飞艇；B样条曲线；优化设计；气动阻力；EXTREM算法中图分类号：V274文献标志码：ADoI：10．3969／j．issn．1673—8748．2013．05．003ShapeOptimizationDesignBasedonB—splineforStratosphericAirshipMARongYAOWeiLUXiaochenWANGChaoSONGJ

3、ianLIYong(ChjnaAcademyofSpaceTechnology，Beijing100094，China)Abstract：Inthepaper，inordertoimproveaerodynamiccharacteristicsofairshipandefficiencyofpropulsionsystem，increaseairshippayloadabilityandpr010ngairshiprunningtime，theaerody—namicdragandthesurfaceareaofstratospherea

4、reintroducedintotheoptimizeddesignoftheair—shipcontour，andacomplexobjectiVefunctionisbuilt．Withoutchangingtheairshipvolume，thenumericaloptimizationalgorithmEXTREMisusedtocarryoutbi—objectiveoptimizationofthestratosphericairshipcontourbasedontheB—splinecurveparametricappro

5、ach．Theaerodynamicdragofoptimizedairshipshapeisreduced7．12％，andtheairshipsurfaceareaisreduced1．76％atthesametime．Theresultsshowthatthedual—purposeofreducingdragandweightisrealizedandtheshapeaerodynamicdesignmethodforstratosphereairshipisreasonableandpracticable，whichcanpro

6、VidereferenceandguidancefortheoveraUdesignofstratosphericairship．Keywords：stratosphericairship；E}splinecurve；optimizationdesign；aerodynamicdrag；EXTREMalgorithm收稿日期：2013一04—25；修回日期：2013一08—26基金项目：国家自然科学基金项目(51276191)；民用863项目课题(2012AAl20601)作者简介：马蓉(1982一)，女，博士，工程师，从事临近空间飞艇气

7、动优化设计与推进系统设计工作。Email：rong．jessica@hotmail．com。航天器工程22卷1引言随着航空航天技术的进步，临近空问独特的资源优势已逐渐成为世界各国竞相开发的热点，临近空间(距海平面20～100km高度的空域)也成为21世纪高科技开发利用的重点空间领域。平流层飞艇是临近空间资源开发利用的一种新型飞行器，是当前国内外研究最多的飞行器之一[1。4]。平流层飞艇利用空气静浮力实现在平流层20km高度区域驻空悬浮；利用螺旋桨推进等装置实现定点驻空和机动飞行；利用高空充足的太阳能资源，通过可再生的方式，可满足昼夜循环和

8、长期飞行的能量要求；具有上升返回能力，并具备可维护性和可重复使用性；通过携带光学、微波等遥感载荷和无线通信载荷，可实现对特定区域的长期、实时、全天候、全天时的高分辨率对地观测和高速移动通信，加