發(fā)布時(shí)間：2020-07-13 04:24

【摘要】：運(yùn)動(dòng)體在流場(chǎng)中所受到的流體動(dòng)力對(duì)運(yùn)動(dòng)體的穩(wěn)定性和操縱性有著重要影響,如飛艇所受到的氣動(dòng)力和潛艇所受到的水動(dòng)力等,這將進(jìn)而影響運(yùn)動(dòng)體的數(shù)學(xué)模型的建立和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本文以飛艇艇體在不可壓縮流中所受到的氣動(dòng)力為主要研究對(duì)象,推導(dǎo)了一種飛艇艇體的氣動(dòng)力表達(dá)式。這種氣動(dòng)力表達(dá)式不僅能夠計(jì)算艇體在不可壓縮無粘流中所受的氣動(dòng)力,而且能夠計(jì)算艇體在不可壓縮有粘流中所受的氣動(dòng)力,進(jìn)而能夠?yàn)榻w艇的數(shù)學(xué)模型和設(shè)計(jì)飛艇的控制系統(tǒng)提供幫助。本文主要內(nèi)容包括:(一)重新推導(dǎo)了不可壓縮流場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)體所受氣動(dòng)力的表達(dá)式,這種新的氣動(dòng)力表達(dá)式能同時(shí)與Lamb的無粘流氣動(dòng)力表達(dá)式以及渦動(dòng)力學(xué)理論中的有粘流氣動(dòng)力表達(dá)式相兼容,并用具體算例驗(yàn)證了這種兼容性。同時(shí),通過該氣動(dòng)力表達(dá)式明確給出了 Lamb在勢(shì)流理論提到的沖量的具體表達(dá)式。(二)介紹了一種能夠計(jì)算運(yùn)動(dòng)體無粘流氣動(dòng)力的方法一—面元法。編寫并改進(jìn)了面元法程序,使得通過面元法程序能夠求得不同外形的飛艇艇體在無粘流場(chǎng)中平動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的流場(chǎng)信息,并在此基礎(chǔ)上計(jì)算艇體所受到的氣動(dòng)力特別是氣動(dòng)力系數(shù);還通過面元法驗(yàn)證了Kirilin提出的橢球體等效方法的合理性,同時(shí)研究了艇體繞體坐標(biāo)系原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)時(shí),原點(diǎn)的位置對(duì)于艇體所受的無粘流氣動(dòng)力的影響。改進(jìn)后的面元法不僅為計(jì)算艇體的無粘流氣動(dòng)力提供了一個(gè)有力工具,而且能夠?yàn)檠芯客w的有粘流氣動(dòng)力提供一定參考。(三)基于計(jì)算流體力學(xué)(CFD)技術(shù),在準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)假設(shè)下對(duì)飛艇艇體在有粘不可壓縮流中的非穩(wěn)態(tài)氣動(dòng)力系數(shù)進(jìn)行分析,為有效估算飛艇艇體的非穩(wěn)態(tài)氣動(dòng)力系數(shù)提供了一種新思路。
【學(xué)位授予單位】：廈門大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：V274
【圖文】：

飛艇長(zhǎng)約４４ｍ，最大直徑約１２ｍ，以煤氣作為浮升氣體。吉爾法特在氣球底部安逡逑裝了一臺(tái)３馬力的蒸汽機(jī)來帶動(dòng)風(fēng)扇葉片旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生水平推力，并在飛艇的尾部逡逑裝有一塊三角形風(fēng)帆來控制航行方向，如圖１．１所示。逡逑伴隨著人類第二次工業(yè)革命中內(nèi)燃機(jī)的誕生，人們嘗試將內(nèi)燃機(jī)做為飛逡逑艇的動(dòng)力裝置安裝到飛艇上。１８７２年，德國(guó)工程師亨萊首次將內(nèi)燃機(jī)應(yīng)用于逡逑飛艇的動(dòng)力系統(tǒng)，并將飛艇氣囊中氫氣作為內(nèi)燃機(jī)的燃料［６］。１８８３年，法國(guó)逡逑人Ｇａｓｔｏｎ邋Ｔｉｓｓａｎｄｉｅｒ?qū)㈦姍C(jī)安裝到飛艇上，進(jìn)行了飛艇歷史上第一次電力驅(qū)動(dòng)飛逡逑行｜：６］；該飛艇最大直徑９．２ｍ，長(zhǎng)細(xì)比為３，續(xù)航時(shí)間可達(dá)２．５小時(shí)。１８８４年，法逡逑國(guó)人Ｃｈａｒｌｅｓ邋Ｒｅｎａｒｄ和Ａｒｔｈｕｒ邋Ｋｒｅｂｓ為法國(guó)軍方制造了“法蘭西號(hào)”飛艇，該飛逡逑艇是第一艘真正意義上的可完全操縱的載人飛艇？，該飛艇長(zhǎng)５０．４米，最大直逡逑徑８．４米

華巨型飛艇“齊柏林伯爵”號(hào)飛艇完成了載客狀態(tài)下的首次環(huán)球飛行［１１］，比逡逑民航飛機(jī)的環(huán)球飛行整整早了邋１２年，該事件標(biāo)志著世界飛艇的發(fā)展達(dá)到巔峰。逡逑圖１．２為“齊柏林伯爵”號(hào)飛艇。逡逑�。a(chǎn)‘逡逑Ｉ邋，邋—〃逡逑圖１．２邐“齊柏林伯爵”號(hào)飛艇逡逑當(dāng)飛艇的發(fā)展達(dá)到頂峰后，飛艇所存在的問題也就逐漸顯現(xiàn)出來。氦氣作逡逑為密度與氫氣相近的不可燃?xì)怏w，是能夠使用在飛艇上最安全的浮升氣體，但逡逑在當(dāng)時(shí)這種氣體稀有且非常昂貴，絕大多數(shù)飛艇仍然是采用氫氣這種密度更逡逑小、更廉價(jià)的氣體作為飛艇的浮升氣體。正是如此，使得當(dāng)時(shí)的飛艇在實(shí)際應(yīng)逡逑用中存在巨大安全隱患。逡逑１９３０年１０月４日，長(zhǎng)達(dá)２２５米的英國(guó)的“Ｒ１０１”號(hào)飛艇在飛往印度的旅程逡逑中失事燒毀，當(dāng)時(shí)飛艇上的４８名乘客最終僅有６人生還，“Ｒ１０１”號(hào)飛艇的逡逑失事結(jié)束了英國(guó)對(duì)飛艇的研究；１９３３年４月４日

華巨型飛艇“齊柏林伯爵”號(hào)飛艇完成了載客狀態(tài)下的首次環(huán)球飛行［１１］，比逡逑民航飛機(jī)的環(huán)球飛行整整早了邋１２年，該事件標(biāo)志著世界飛艇的發(fā)展達(dá)到巔峰。逡逑圖１．２為“齊柏林伯爵”號(hào)飛艇。逡逑！．產(chǎn)‘逡逑Ｉ邋，邋—〃逡逑圖１．２邐“齊柏林伯爵”號(hào)飛艇逡逑當(dāng)飛艇的發(fā)展達(dá)到頂峰后，飛艇所存在的問題也就逐漸顯現(xiàn)出來。氦氣作逡逑為密度與氫氣相近的不可燃?xì)怏w，是能夠使用在飛艇上最安全的浮升氣體，但逡逑在當(dāng)時(shí)這種氣體稀有且非常昂貴，絕大多數(shù)飛艇仍然是采用氫氣這種密度更逡逑小、更廉價(jià)的氣體作為飛艇的浮升氣體。正是如此，使得當(dāng)時(shí)的飛艇在實(shí)際應(yīng)逡逑用中存在巨大安全隱患。逡逑１９３０年１０月４日，長(zhǎng)達(dá)２２５米的英國(guó)的“Ｒ１０１”號(hào)飛艇在飛往印度的旅程逡逑中失事燒毀，當(dāng)時(shí)飛艇上的４８名乘客最終僅有６人生還，“Ｒ１０１”號(hào)飛艇的逡逑失事結(jié)束了英國(guó)對(duì)飛艇的研究；１９３３年４月４日

【參考文獻(xiàn)】

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1 孫s

本文編號(hào)：2752955