平流層飛艇繞流場(chǎng)與膜結(jié)構(gòu)大變形的耦合計(jì)算的開題報(bào)告

平流層飛艇繞流場(chǎng)與膜結(jié)構(gòu)大變形的耦合計(jì)算的開題報(bào)告1.研究背景與意義平流層飛艇是一種具有潛在廣泛應(yīng)用的氣墊船型飛行器。它可以在平流層中實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的飛行，且有著載荷大、噪聲小、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。平流層飛艇的設(shè)計(jì)和制造需要考慮復(fù)雜的環(huán)境和飛行條件，其中關(guān)鍵問題之一是對(duì)飛艇的結(jié)構(gòu)和氣動(dòng)特性進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算和預(yù)測(cè)。平流層飛艇的結(jié)構(gòu)由船體、氣囊和氣動(dòng)外殼組成。在平流層中飛行時(shí)，飛艇所受到的氣動(dòng)作用主要包括風(fēng)阻力、升力和擾動(dòng)力等。與此同時(shí)，由于高空環(huán)境的特殊性質(zhì)，平流層飛艇的結(jié)構(gòu)和氣囊也會(huì)受到很大的壓力和溫度變化影響，因此需要考慮結(jié)構(gòu)的大變形和耦合問題。為了準(zhǔn)確預(yù)測(cè)平流層飛艇的氣動(dòng)性能和結(jié)構(gòu)變形情況，需要開展復(fù)雜的耦合計(jì)算。本課題基于有限元方法和計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)，旨在開發(fā)一種有效的計(jì)算平流層飛艇繞流場(chǎng)和膜結(jié)構(gòu)大變形的耦合方法，探索平流層飛艇設(shè)計(jì)和制造關(guān)鍵技術(shù)，為其實(shí)際應(yīng)用提供有效的理論支持。2.研究?jī)?nèi)容和方法（1）平流層飛艇氣動(dòng)特性分析：通過計(jì)算流體力學(xué)（CFD）方法，構(gòu)建平流層飛艇的數(shù)值模型，考慮風(fēng)場(chǎng)、氣囊和外殼的相互作用，分析飛艇的飛行性能和氣動(dòng)特性。（2）平流層飛艇結(jié)構(gòu)變形分析：基于有限元方法，建立平流層飛艇的結(jié)構(gòu)模型，考慮氣囊的變形和外殼的剛性，分析飛艇的結(jié)構(gòu)變形和剛度。（3）平流層飛艇繞流場(chǎng)和膜結(jié)構(gòu)的耦合模擬：將平流層飛艇的氣動(dòng)模型和結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行耦合，分析繞流場(chǎng)對(duì)飛艇結(jié)構(gòu)的影響，并考慮大變形影響對(duì)氣動(dòng)特性的影響。（4）數(shù)值算例驗(yàn)證：通過數(shù)值算例對(duì)所提出的計(jì)算方法進(jìn)行驗(yàn)證，探究平流層飛艇在不同飛行條件下的結(jié)構(gòu)變形和耦合效應(yīng)，為實(shí)際應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。3.預(yù)期結(jié)果（1）建立適用于平流層飛艇的耦合計(jì)算模型，精確預(yù)測(cè)飛艇在高空環(huán)境下的氣動(dòng)性能和結(jié)構(gòu)變形情況。（2）探索平流層飛艇的設(shè)計(jì)和制造關(guān)鍵技術(shù)，提高飛艇的性能和穩(wěn)定性。（3）為其他類似復(fù)雜結(jié)構(gòu)的工程提供理論支持和技術(shù)借鑒。4.進(jìn)度安排（1）研究基礎(chǔ)理論和相關(guān)文獻(xiàn)閱讀：1個(gè)月。（2）建立計(jì)算流體力學(xué)（CFD）模型，分析平流層飛艇的氣動(dòng)特性：2個(gè)月。（3）建立有限元模型，分析平流層飛艇的結(jié)構(gòu)變形情況：2個(gè)月。（4）基于耦合模型進(jìn)行繞流場(chǎng)和結(jié)構(gòu)變形的耦合計(jì)算：3個(gè)月。（5）數(shù)值算例驗(yàn)證和分析，撰寫論文：2個(gè)月。（6）實(shí)驗(yàn)室論證和答辯：1個(gè)月。5.參考文獻(xiàn)（1）Zhang,S.,Zhang,X.,Wang,L.,etal.(2015).Aerodynamicsandstaticcharacteristicsanalysisofhigh-altitudeairship.ChineseJournalofAeronautics,28,844–853.（2）Wang,X.,Ji,Y.,Shao,Y.,etal.(2016).Designandsimulationofhigh-altitudeairshipbasedonfiniteelementmethod.ManufacturingTechnologyandMachineTool,2,78–83.（3）Zhang,Y.,Liu,Y.,Wang,H.,etal.(2019).Researchonthestructuralstabilityofhigh-altitudeairshipsunderwindload.JournalofAerospaceEngineering,32,37–42.（4）Nerose,Y.,Kishi,T.,Matsou,K.,etal.(2017).Numericalsimulationandexperimentalverificationoftheaerodynamiccharacteristicsofamodelhigh-altitudeairship.JournalofFluidsEngineering,139,1–8.（5）Lu,L.,Wang,Y.,Dai,Z.,etal.(2021).Coupledmodelforcalculatingthedeformationofinflatablestruct