平流層飛艇繞流場與膜結構大變形的耦合計算的開題報告

平流層飛艇繞流場與膜結構大變形的耦合計算的開題報告1.研究背景與意義平流層飛艇是一種具有潛在廣泛應用的氣墊船型飛行器。它可以在平流層中實現(xiàn)長時間的飛行，且有著載荷大、噪聲小、環(huán)保等優(yōu)點。平流層飛艇的設計和制造需要考慮復雜的環(huán)境和飛行條件，其中關鍵問題之一是對飛艇的結構和氣動特性進行準確計算和預測。平流層飛艇的結構由船體、氣囊和氣動外殼組成。在平流層中飛行時，飛艇所受到的氣動作用主要包括風阻力、升力和擾動力等。與此同時，由于高空環(huán)境的特殊性質(zhì)，平流層飛艇的結構和氣囊也會受到很大的壓力和溫度變化影響，因此需要考慮結構的大變形和耦合問題。為了準確預測平流層飛艇的氣動性能和結構變形情況，需要開展復雜的耦合計算。本課題基于有限元方法和計算流體力學技術，旨在開發(fā)一種有效的計算平流層飛艇繞流場和膜結構大變形的耦合方法，探索平流層飛艇設計和制造關鍵技術，為其實際應用提供有效的理論支持。2.研究內(nèi)容和方法（1）平流層飛艇氣動特性分析：通過計算流體力學（CFD）方法，構建平流層飛艇的數(shù)值模型，考慮風場、氣囊和外殼的相互作用，分析飛艇的飛行性能和氣動特性。（2）平流層飛艇結構變形分析：基于有限元方法，建立平流層飛艇的結構模型，考慮氣囊的變形和外殼的剛性，分析飛艇的結構變形和剛度。（3）平流層飛艇繞流場和膜結構的耦合模擬：將平流層飛艇的氣動模型和結構模型進行耦合，分析繞流場對飛艇結構的影響，并考慮大變形影響對氣動特性的影響。（4）數(shù)值算例驗證：通過數(shù)值算例對所提出的計算方法進行驗證，探究平流層飛艇在不同飛行條件下的結構變形和耦合效應，為實際應用提供理論基礎。3.預期結果（1）建立適用于平流層飛艇的耦合計算模型，精確預測飛艇在高空環(huán)境下的氣動性能和結構變形情況。（2）探索平流層飛艇的設計和制造關鍵技術，提高飛艇的性能和穩(wěn)定性。（3）為其他類似復雜結構的工程提供理論支持和技術借鑒。4.進度安排（1）研究基礎理論和相關文獻閱讀：1個月。（2）建立計算流體力學（CFD）模型，分析平流層飛艇的氣動特性：2個月。（3）建立有限元模型，分析平流層飛艇的結構變形情況：2個月。（4）基于耦合模型進行繞流場和結構變形的耦合計算：3個月。（5）數(shù)值算例驗證和分析，撰寫論文：2個月。（6）實驗室論證和答辯：1個月。5.參考文獻（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