题目：临近空间太阳能径向变体飞艇概念设计

临近空间是指20到100公里之间的空域，它在传统航空器飞行区域之上、低轨卫星运行区域之下，具有重要的军事和民用价值，战略意义重大。临近空间飞艇由于其长航时、低能耗的特点，成为近年来国内外研究的热点。随着科学技术的迅猛发展，特别是材料技术、能源技术以及自动控制技术的发展，增加了临近空间飞艇工程验证和实际应用的可能性。

论文围绕临近空间太阳能径向变体飞艇，在分析常规飞艇局限性的基础上，提出变体飞艇的原理和方案，并详细开展了变体飞艇的总体、气动、结构、能源与动力等方面的研究，取得主要成果为：

1．提出了一种临近空间太阳能径向变体飞艇总体方案。在分析临近空间环境特性的基础上，详细阐述了临近空间太阳能径向变体飞艇的设计指标和基本概念，提出径向变体方案，计算分析了正交杆和斜置杆的变化范围以及内圆半径与外圆半径的函数关系；设计了能源与动力系统方案。在此基础上给出临近空间径向变体飞艇的总体方案，估算其总体参数并给出三面视图。通过本课题研究，该总体方案能达到预定指标，是临近空间飞艇在高空长时间定留的较佳方案。

2．研究了变体飞艇气动特性和飞行稳定性问题。针对临近空间太阳能变体飞艇气动设计属于特殊的低密度、低速度、高雷诺数问题，本文采用较为精确的CFD数值计算手段。在建立控制方程、湍流模型的基础上生成网格，计算并分析了变体飞艇膨胀状态下的升力、阻力、力矩特性，以及全艇气动压力分布和流场特性。最后分析了飞艇的纵向和横航向静稳定问题。由计算分析证明该飞艇气动性能能达到设计要求，纵向和横向静稳定性良好。

3.提出了一种变体飞艇的结构方案，并分析其静力学特性和动力学特性。在建立变体飞艇八段构架-拉绳-蒙皮几何模型的基础上，选择各部件的材料，进行网格划分，使用ANSYS12.0软件开展膨胀状态、半膨胀状态、收缩状态的静力学分析，并进行了飞艇整体、主梁、单个主梁的动力学分析，经分析得到该结构方案能满足飞艇的静、动力学要求，并且结构收缩和膨胀过程简单，满足体积变化率要求。

4.提出了变体飞艇的能源与动力系统设计方案，开展了螺旋桨的设计与分析。全面考虑了能量采集、能量存储、能量调节、能量输出以及能量平衡，其中重点研究了太阳高度角、季节、飞行纬度、电池板布局对能量采集的影响，需用能量与可用能量的对比关系。最后依据螺旋桨设计的理论知识和相关经验，确定了螺旋桨的设计参数。在此分析基础上得到了该飞艇能达到在临近空域停留一年的设计要求。

总之，论文针对临近空间的环境特性，在分析常规飞艇局限性的基础上，新颖地提出了径向变体飞艇的设计思想。在设计指标的牵引下设计径向变体飞艇的概念方案，估算其总体参数并绘制三面图；系统地建立临近空间变体飞艇的气动、结构、能源与动力详细方案或模型，通过计算分析，总结了影响变体飞艇设计的一些规律，为变体飞艇由概念研究转向工程应用打下了坚实的基础。