题目：硬式平流层飞艇参数化设计、建模与仿真

近年来，随着空间科学技术的发展，平流层空间资源逐渐被人们开发和利用。平流层飞艇作为新兴的通信观测平台，具有驻空时间长、承载能力强、机动灵活等优点，在空间观测、大气测量和军事侦察等方面具有广阔的应用前景。硬式飞艇一般由艇体、龙骨、气囊、尾翼、太阳能电池、推进器、载荷等组成。作为具有推进装置的柔性壳体浮空飞行器，为确保其能够长期安全地在工作高度驻留飞行，能源动力、蒙皮安全及飞行控制对平流层飞艇来说尤为重要。本文就平流层飞艇参数化设计、受力变形及动力学模型等问题进行了研究。(1) 以硬式飞艇为设计研究对象，提出了飞艇参数设计方法。根据平流层飞艇的工作环境特点及飞行要求，对组成飞艇的蒙皮、龙骨、浮升气体、能源系统和推进系统等进行了分析及材料选型。在飞艇各子系统计算方法的基础上，利用MFC编制了飞艇参数计算程序。建立并分析了飞艇飞行过程中的充放气模型。(2) 采用空气动力学中的旋成体及边界层理论对飞艇气动特性进行了分析。从理想流体和黏性流体两个方面，对飞艇表面气动压力及空气流场进行了理论计算和有限元仿真。通过计算飞艇不同运动速度下的摩擦阻力和压差阻力，分析了空气黏性对飞艇运动的影响，验证了仿真结果的正确性。(3) 根据不同的受力方式，将气动压力和附属结构拉力施加在飞艇蒙皮上，利用ANSYS的结构分析模块分别对软式和硬式飞艇进行了仿真，得到了两种飞艇的蒙皮应力及变形结果。通过对比，说明硬式飞艇比软式飞艇更加安全。(4) 分析了飞艇所受的外力，在机体坐标系下建立了飞艇的六自由度非线性动力学模型，利用Matlab/Simulink搭建了飞艇的运动仿真系统。通过仿真，分析了质心、控制量和扰动量对飞艇运动参数的影响，为飞艇的结构和控制系统提供设计依据。