浮空器內部壓力的設計研究

謝奎　王平安　王云

【摘 要】浮空器囊體剛度是由其內部壓力來保持的，合適的內部壓力選擇對于浮空器是非常重要的。本文描述了浮空器內部壓力的分布特點，對傳統囊體壓力估算方法進行了闡述，針對該方法的使用局限性，本文提出了基于有限元法的囊體壓力分析方法，通過采用Abaqus建立浮空器囊體有限元分析模型，對不同內部壓力下的浮空器強度剛度進行了計算分析，結果顯示通過有限元模型可確定囊體最佳壓力大小。

【關鍵詞】浮空器；內部壓力；壓力分布；有限元模型

中圖分類號： V274；V211 文獻標識碼： A 文章編號：2095-2457（2018）06-0256-003

【Abstract】The stiffness of the aerostat capsule is maintained by its internal pressure. The proper internal pressure selection is very important for aerostats. This paper describes the distribution characteristics of the internal pressure of aerostats and describes the traditional balloon pressure estimation methods. In view of the limitations of this method， this paper proposes a balloon pressure analysis method based on the finite element method and uses Abaqus to set up the float. The finite element analysis model of the empty capsule was used to calculate and analyze the strength and stiffness of the aerostat under different internal pressure. The results showed that the optimal pressure of the capsule could be determined by the finite element model.

【Key words】Aerostat； Internal pressure； Pressure distribution； Finite element model

0 前言

近年來飛艇及系留氣球等浮空器應用得到了廣泛的關注，浮空器作為一種輕于空氣的飛行器，具有滯空時間長、運行費用低等特點，這些特點使其在軍用及民用方面都有廣泛的前景[1-3]。目前研制和使用的浮空器大多為軟式結構，其外形需要靠其內壓來保持[4]，所以內壓選擇是非常重要的，本文通過比較特定外載情況下，不同內壓對浮空器囊體張力的影響，以此來選取合適的囊體內壓。

1 浮空器內部壓力特點

現代浮空器大多充氦氣來獲得升力，由于氦氣的密度比空氣密度小的多，所以在浮空器內部各點的內外壓差時間是的隨高度變化的。即如圖1所示，囊體在浮空器底部部分被壓癟形成一個平面，此處內部的和外部的壓力相等[5]，從這個平面開始向上，內外壓力差隨高度增加而增加，假設內外壓差零點為P0，浮空器隨高度變化的內外壓差表示P，則P點的內外壓差值如下式所示：