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一种平流层 飞艇囊体强度的设计方法

阅读：747发布：2020-05-15

专利汇可以提供一种平流层飞艇囊体强度的设计方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种平流层飞艇囊体强度的设计方法，利用基本强度设计理论、囊体强度试验统计数据、囊体强度的理论计算公式对平流层飞艇囊体强度设计公式进行了推导，在此基础上确定了平流层飞艇囊体强度的设计流程，包括：根据平流层飞艇的总体设计方案确定飞艇囊体的最大曲率半径；选取合适的飞艇囊体材料得到材料的强度参数；根据平流层飞艇的总体设计方案确定囊体内外压差的期望值；依据平流层飞艇囊体强度设计公式确定飞艇囊体厚度。与现有技术相比，此方法可有效减小平流层飞艇囊体强度设计理论中的设计误差，提高囊体设计的可靠性。，下面是一种平流层飞艇囊体强度的设计方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种平流层飞艇囊体强度的设计方法，其特征在于，利用基本强度设计理论、囊体强度试验统计数据、囊体强度的理论计算公式对囊体强度设计公式进行推导，具体为：

其中，[σ]-囊体材料许用应力；σ-囊体材料工作应力；K-设计安全系数，取值为3.5；λ-囊体材料强度计算系数；δ-囊体材料厚度；r-囊体最大曲率半径；α-囊体工艺强度退化系数，实测0.4±0.2；β-囊体工作应力计算系数；p-囊体内外压差；η-综合系数表征。
平流层飞艇囊体强度设计以上述公式为理论依据，具体实施步骤包括：
步骤一：根据平流层飞艇的总体设计方案确定飞艇囊体的最大曲率半径r；
步骤二：选取合适的飞艇囊体材料，并得到上述材料的强度参数[σ]；
步骤三：根据平流层飞艇的总体设计方案确定囊体内外压差p的期望值；
步骤四：根据公式确定飞艇囊体厚度δ，即满足平流层飞艇实际应用的囊体厚度。

说明书全文

一种平流层 飞艇囊体强度的设计方法

技术领域

[0001] 本发明涉及航空飞行器设计技术领域，更具体地涉及一种平流层飞艇囊体强度的设计方法。

背景技术

[0002] 平流层飞艇是一种依靠轻于空气的气体(如氦气、氢气等)产生静浮力升空，依靠控制系统和推进系统实现在平流层中定点驻留和低速机动的浮空类飞行器，具有留空时间长、能耗低、效费比高等优点，广泛应用于侦察监视、对地观测、环境监测、应急救灾、科学探测等领域，具有重要应用价值和广阔的应用前景，当前已成为航空领域的研究热点。

[0003] 平流层飞艇长期驻空过程中昼夜温差变化较大，飞艇囊体内的浮力气体在白昼期间由温升引起的压差约在1300-1600帕之间，约为驻空高度大气气压的25％-30％；另外为防止驻空过程中浮力气体(氦气)的渗漏还需要在飞艇囊体中充加一定量的盈余浮力气体，其造成的压差约为500-2000帕，约为驻空高度气压的10％-30％。在这两种压差的叠加影响下，为保证平流层飞艇长期的驻空停留，需要保证飞艇囊体有充足的耐压能力(需合理设计飞艇囊体强度)，以维持飞艇气动外形的稳定。

[0004] 根据平流层飞艇设计理论，飞艇囊体强度主要取决于囊体的最大曲率半径和囊体材料强度。但，由于缺乏合理的理论指导和实践经验，飞艇囊体强度设计过程中理论强度与实验强度偏差较大，无法满足工程实践需求。因此有必要提出一种新的平流层飞艇囊体强度的设计方法，以提高飞艇囊体设计的可靠性。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于解决平流层飞艇囊体的强度设计问题，有效减小囊体强度设计理论中的设计误差，提高飞艇囊体设计的可靠性。

[0006] 为实现上述目的，本发明利用基本强度设计理论、囊体强度试验统计数据、囊体强度的理论计算公式对囊体强度设计公式进行了推导，具体为：

[0007]

[0008] 其中，[σ]-囊体材料许用应力；σ-囊体材料工作应力；K-设计安全系数，取值为3.5；λ-囊体材料强度计算系数；δ-囊体材料厚度；r-囊体最大曲率半径；α-囊体工艺强度退化系数，实测0.4±0.2；β-囊体工作应力计算系数；p-囊体内外压差；η-综合系数表征。

[0009] 依据上述理论公式：飞艇囊体的最大曲率半径越大，囊体耐压强度退化越大；当飞艇囊体的体积增大时，囊体的耐压强度受囊体体积变化的影响较大，与囊体材料厚度或强度的增减并不成正比关系；在飞艇囊体体积较大时，飞艇囊体强度受其最大曲率半径的影响较大，单纯依靠囊体材料厚度或强度的增加，使浮力囊体的体积增大的能力有限，甚至是得不偿失。在此理论基础上，提出了一种新的平流层飞艇囊体强度设计方法，具体地，实施步骤包括：

[0010] 步骤一：根据平流层飞艇的总体设计方案确定飞艇囊体的最大曲率半径r；

[0011] 步骤二：选取合适的飞艇囊体材料，并得到上述材料的强度参数[σ]；

[0012] 步骤三：根据平流层飞艇的总体设计方案确定囊体内外压差p的期望值；

[0013] 步骤四：根据公式确定飞艇囊体厚度δ，即满足平流层飞艇实际应用的囊体厚度。

[0014] 与现有技术相比，此方法通过理论推导确定了影响平流层飞艇囊体强度的关键因素，并确定了飞艇囊体各参数对其耐压能力的影响大小，避免了飞艇囊体强度设计过程中理论强度与实验强度偏差较大的问题，有效提高了飞艇囊体设计的可靠性。

[0015] 通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，附图用于解释本发明的实施例。

附图说明

[0016] 图1为本发明所述平流层飞艇囊体强度设计流程图；

具体实施方式

[0017] 现在参考附图描述本发明的实施例。

[0018] 请参考图1，本发明一种平流层飞艇囊体强度的设计方法，具体实施步骤包括：

[0019] 步骤一：根据平流层飞艇的总体设计方案确定飞艇囊体的最大曲率半径r；

[0020] 步骤二：选取合适的飞艇囊体材料，并得到上述材料的强度参数[σ]；

[0021] 步骤三：根据平流层飞艇的总体设计方案确定囊体内外压差p的期望值；

[0022] 步骤四：根据公式确定飞艇囊体厚度δ，即满足平流层飞艇实际应用的囊体厚度。

[0023] 以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

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