基于流固耦合的平流层飞艇超压-体积变化特性研究

倪 勇，周 强

(中国电子科技集团公司第三十八研究所 浮空平台部，合肥 230088)

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平流层飞艇是一种轻于空气、长时间工作于平流层环境的飞行器，为减轻飞艇重量，目前大多数飞艇采用软式结构形式，即飞艇结构由充满氦气的封闭囊体组成。针对飞艇内部气体状态的计算，传统的方法里假设飞艇囊体体积始终保持不变[1]。然而飞艇内部气体超压将对飞艇体积产生较大影响，假设体积不变，会对内部气体状态的计算和气密测试产生较大误差。体积增大将影响飞艇驻空阶段所受的浮力，若5万立方米平流层飞艇在20 km高度体积增大5%将导致浮力增大约220 kg，从而影响飞艇浮重平衡，导致飞艇高度上升，影响驻空安全，同时囊体体积的误差将影响飞艇气密性能的估算，进而影响驻空时间的预示[2]。因此研究超压与体积变化关系十分必要，例如平流层飞艇在白天因温度影响的囊体内外压差载荷(超压)可能超过1500 Pa[3]，如此大的超压将导致飞艇体积发生一定变化[4-5]。

对于密封的囊体结构，囊体超压将引起体积变大，体积变大又将降低囊体超压量，二者相互作用，此过程为动态变化过程。国内外普遍采用静力学分析方法[2,5]研究这一变换过程，但是这种分析方法不仅难以准确反映飞艇超压量与体积变化关系，而且较难得到内部气体密度、囊体体积的参数量值。因此本文采用基于LS-DYNA的流固耦合方法分析封闭囊体的超压-体积响应关系，能准确反映飞艇物理状态。……