飞艇空气动力学及其相关问题.pdf

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1、第31卷2010正第3期3月航空学报ACTAAERONAUTICAETASTRONAUTICASINICAV01．31No．3Mar．2010文章编号：1000—6893(2010)03—0431-13飞艇空气动力学及其相关问题任一鹏，田中伟，吴子牛(清华大学航天航空学院，北京100084)SomeAerodynamicsProblemsofAirshipRenYipeng．TianZhongwei。WuZiniu(SchoolofAerospace，TsinghuaUniversity，Beijing1000

2、84，China)摘要：对低空和高空飞艇在发射、回收、驻留、巡航或系留状态下所涉及的空气动力学问题及其重要性进行分析，介绍飞艇空气动力学研究的进展和主要结论，指出需要进一步解决的问题。低空飞艇的空气动力学问题主要包括厚艇身带来的流动分离与减阻、非薄平组件的非线性干扰、柔弹性表面或系留带来的流固耦合、因低速飞行带来的环境敏感性等。大量学者进行了相应的研究。高空即平流层飞艇还涉及多种新的空气动力学问题，包括热、浮力与气动的强耦合、昼夜外形变化、发射与回收过程中的突风带影响、风切变干扰等。关于这些问题的研究处于起步阶

3、段。另外，还针对地面及大气边界层的影响、多边形外形以及副气囊喷流与主流干扰等很少有人研究的问题对飞艇周边流场进行了初步数值模拟。关键词：高低空飞艇；空气动力学；流固耦合；发射回收中图分类号：V211．6文献标识码：AAbstract：Inthisarticle，someaerodynamicsproblemsandtheimportanceforbothlowandhighaltitudeair—shipswhilelaunching，recovering，hoveringortetheredareanalyz

4、ed．Developmentandachievementofairshipdynamicsresearchareintroduced，andsomeproblemswhichneedfurtherstudyarealsopointedout．Theaero—dynamicsproblemsoflowaltitudeairshipsconsistoftheflowseparationanddragreductionforblunthulls，nonlinearinteractionsofnonflatcompon

5、ents，fluidstructureinteractionduetOflexibleenvelopeortethering，andsensitivitytOenvironmentduetOlowspeed，etc．Manyresearchershavebeenworkingontheseproblems．Highaltitudeairshipsalsoinvolvesomeextraaerodynamicsproblemsincludingcouplingwiththermalandbuoyance，shap

6、edeformingbetweendayandnight，responsetOturbulenceduringlaunchorrecovery，shearofwind，etc，thestudiesofwhicharestillatthestartingstage．Inaddition，wepreliminarilyandnumericallysimulatetheambientflowfieldaroundairships，consideringtheinfluencesofthegroundandatmosp

7、hericboundarylayer，polygonalcross—sectionedhulls，interactionbetweenthejetflowfromballonetsandtheincom—ingflow，whicharerelativelylessstudied．Keywords：lowandhighaltitudeairship；aerodynamics；fluid—structureinteraction；launchandrecovery真正意义上的飞艇问世于1852年。在20世纪20～3

8、0年代低空飞艇达到鼎盛时期，出现了大量的军用与民用飞艇。1994年以后，飞艇又以惊人的速度得到复兴，其性能不断提升，布局方式更加新颖，用途也趋于多样化。近十余年来，能够在高空长久驻留，用于通讯、导航、中继、对地观测等多种用途的长航时高空飞艇(主要是平流层飞艇)概念也得到越来越多的关注。各国纷纷提出不同的飞艇研制计划，主要包括低空大型运输飞艇和平流层飞艇，其中，前者如海象计划(美国)、C