平流層飛艇繞流場與膜結(jié)構(gòu)大變形的耦合計算的開題報告

平流層飛艇繞流場與膜結(jié)構(gòu)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(yīng)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(shè)計和制造需要考慮復雜的環(huán)境和飛行條件，其中關(guān)鍵問題之一是對飛艇的結(jié)構(gòu)和氣動特性進行準確計算和預(yù)測。平流層飛艇的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的大變形和耦合問題。為了準確預(yù)測平流層飛艇的氣動性能和結(jié)構(gòu)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(shù)，旨在開發(fā)一種有效的計算平流層飛艇繞流場和膜結(jié)構(gòu)大變形的耦合方法，探索平流層飛艇設(shè)計和制造關(guān)鍵技術(shù)，為其實際應(yīng)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(gòu)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(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）平流層飛艇繞流場和膜結(jié)構(gòu)的耦合模擬：將平流層飛艇的氣動模型和結(jié)構(gòu)模型進行耦合，分析繞流場對飛艇結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)變形和耦合效應(yīng)，為實際應(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算模型，精確預(yù)測飛艇在高空環(huán)境下的氣動性能和結(jié)構(gòu)變形情況。（2）探索平流層飛艇的設(shè)計和制造關(guān)鍵技術(shù)，提高飛艇的性能和穩(wěn)定性。（3）為其他類似復雜結(jié)構(gòu)的工程提供理論支持和技術(shù)借鑒。4.進度安排（1）研究基礎(chǔ)理論和相關(guān)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(jié)構(gòu)變形情況：2個月。（4）基于耦合模型進行繞流場和結(jié)構(gòu)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