平流层飞艇绕流场与膜结构大变形的耦合计算的开题报告

平流层飞艇绕流场与膜结构大变形的耦合计算的开题报告1.研究背景与意义平流层飞艇是一种具有潜在广泛应用的气垫船型飞行器。它可以在平流层中实现长时间的飞行，且有着载荷大、噪声小、环保等优点。平流层飞艇的设计和制造需要考虑复杂的环境和飞行条件，其中关键问题之一是对飞艇的结构和气动特性进行准确计算和预测。平流层飞艇的结构由船体、气囊和气动外壳组成。在平流层中飞行时，飞艇所受到的气动作用主要包括风阻力、升力和扰动力等。与此同时，由于高空环境的特殊性质，平流层飞艇的结构和气囊也会受到很大的压力和温度变化影响，因此需要考虑结构的大变形和耦合问题。为了准确预测平流层飞艇的气动性能和结构变形情况，需要开展复杂的耦合计算。本课题基于有限元方法和计算流体力学技术，旨在开发一种有效的计算平流层飞艇绕流场和膜结构大变形的耦合方法，探索平流层飞艇设计和制造关键技术，为其实际应用提供有效的理论支持。2.研究内容和方法（1）平流层飞艇气动特性分析：通过计算流体力学（CFD）方法，构建平流层飞艇的数值模型，考虑风场、气囊和外壳的相互作用，分析飞艇的飞行性能和气动特性。（2）平流层飞艇结构变形分析：基于有限元方法，建立平流层飞艇的结构模型，考虑气囊的变形和外壳的刚性，分析飞艇的结构变形和刚度。（3）平流层飞艇绕流场和膜结构的耦合模拟：将平流层飞艇的气动模型和结构模型进行耦合，分析绕流场对飞艇结构的影响，并考虑大变形影响对气动特性的影响。（4）数值算例验证：通过数值算例对所提出的计算方法进行验证，探究平流层飞艇在不同飞行条件下的结构变形和耦合效应，为实际应用提供理论基础。3.预期结果（1）建立适用于平流层飞艇的耦合计算模型，精确预测飞艇在高空环境下的气动性能和结构变形情况。（2）探索平流层飞艇的设计和制造关键技术，提高飞艇的性能和稳定性。（3）为其他类似复杂结构的工程提供理论支持和技术借鉴。4.进度安排（1）研究基础理论和相关文献阅读：1个月。（2）建立计算流体力学（CFD）模型，分析平流层飞艇的气动特性：2个月。（3）建立有限元模型，分析平流层飞艇的结构变形情况：2个月。（4）基于耦合模型进行绕流场和结构变形的耦合计算：3个月。（5）数值算例验证和分析，撰写论文：2个月。（6）实验室论证和答辩：1个月。5.参考文献（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