平流層飛艇壓力控制系統(tǒng)的建模與仿真.pdf

1、本文以我國(guó)平流層通信平臺(tái)的研究項(xiàng)目為背景，對(duì)項(xiàng)目中的飛艇的壓力控制系統(tǒng)的建模和控制問題展開了研究。 與傳統(tǒng)飛行器不同，飛艇的升力主要由氣囊中升浮氣體產(chǎn)生的浮力來提供。除此之外，飛艇的一些應(yīng)用，如懸空、俯仰、高空定點(diǎn)等也是通過氣囊的操作來實(shí)現(xiàn)的。良好的氣囊控制算法能夠減少發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率、節(jié)省能源、提高飛行速度，而不良的控制算法不僅降低飛行特性，還造成氣囊變形、破裂等非正常的，乃至危險(xiǎn)的現(xiàn)象。所以，對(duì)氣囊進(jìn)行壓力控制對(duì)飛艇非常重要。

2、 壓力控制過程涉及飛艇的安全控制、升降控制、俯仰控制等，還與飛艇的動(dòng)力系統(tǒng)以及外部大氣環(huán)境和氣象條件相關(guān)。尤其是大氣環(huán)境的不確定性和復(fù)雜性對(duì)飛艇飛行和懸空的影響非常巨大。因此壓力控制系統(tǒng)的建模和仿真具有相當(dāng)?shù)膹?fù)雜性。 壓力控制系統(tǒng)的主要作用有: (1) 外形保持。飛艇是充氣的柔性體,必須通過壓力控制,使得飛艇在整個(gè)飛行過程中內(nèi)外差壓始終保持在一定范圍之內(nèi),從而保持整個(gè)飛艇的外部形狀。在飛艇上升期間,外部大氣壓強(qiáng)降低

3、，應(yīng)通過差壓閥門放氣保持內(nèi)外壓差一致。在飛艇下降過程中，隨飛艇高度降低，外部壓力增加,飛艇內(nèi)部趨向負(fù)壓,需打開鼓風(fēng)機(jī)充氣,維持壓差。 (2)升力控制。飛艇的主要升力源是它所受的浮力，而浮力就主要取決于此高度的空氣密度。由于大氣密度隨著高度的不同而有很大變化，在上升和下降過程中，為了調(diào)整飛艇的凈升力大小，需要對(duì)飛艇內(nèi)部空氣與氦氣比例加以控制。采用的方法是在飛艇前后各有一副氣囊，通過對(duì)各個(gè)副氣囊進(jìn)行充放氣，實(shí)現(xiàn)升力控制和縱向平穩(wěn)控制。

4、 飛艇壓力控制系統(tǒng)建立在大氣模型，壓力模型，重心模型和浮力模型之上。在飛艇研制的初期，缺乏實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，所以本文采用機(jī)理分析的方法，在詳細(xì)分析飛艇受力情況的基礎(chǔ)上，依據(jù)力學(xué)原理分別建立了飛艇的浮力模型，壓差模型和重心模型，以作為研究飛艇壓力控制問題的基礎(chǔ)。本文將飛艇的壓力控制分為兩個(gè)方面：安全性控制和平穩(wěn)控制。在標(biāo)準(zhǔn)大氣模型和飛艇壓力控制模型的基礎(chǔ)上，分別對(duì)安全性控制和平穩(wěn)控制進(jìn)行了可行性分析，說明了壓力控制的可行性。 本文