[發明專利]平流層飛艇的艇囊強化和輕量化的仿真方法及制備方法

有效

• 申請號: 201710138921.8
• 申請日: 2017-03-09
• 公開（公告）號: CN106934148B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 趙磊
• 申請（專利權）人: 北京天恒長鷹科技股份有限公司
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 北京辰權知識產權代理有限公司 11619
• 代理人: 佟林松

1.一種平流層飛艇的艇囊強化和輕量化的仿真方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)確定需要研究的某一平流層飛艇的基本外形，對其進行建模；

(2)估計飛艇內部氣體在平流層駐留時可能產生的超壓范圍，以最大超壓值作為加載條件，結合飛艇的外形尺寸和超壓條件，對其進行仿真計算，得到飛艇在最大超壓條件下的艇囊表面應力分布；

(3)根據艇囊材料的相關特性和安全系數，確定加筋強化區域，所述加筋強化區域在最大超壓條件下的艇囊表面應力大于最大安全應力；

(4)選用合適的加強筋材料，滿足輕質要求；在加筋強化區域仿真布置若干沿環向、縱向的加強纖維筋對艇囊進行強化；

(5)在艇囊得到強化后，重新仿真計算出艇囊表面應力分布情況，以最大應力為根據，選擇適當的低面密度材料以應用于艇囊。

2.根據權利要求1所述的仿真方法，其特征在于，步驟(2)中，最大超壓值為1500Pa。

3.根據權利要求1所述的仿真方法，其特征在于：步驟(2)中，所述飛艇在最大超壓條件下的艇囊表面應力為其中，σ_X-艇囊表面在X方向上的表面應力，σ_Z-艇囊表面在Z方向上的表面應力，P-囊體內外氣體壓差，R_Z-蒙皮微元在X方向上的曲率半徑，R_X-蒙皮微元在X方向上的曲率半徑，n＝R_X/R_Z。

4.根據權利要求1所述的仿真方法，其特征在于，步驟(3)中，所述艇囊材料的相關特性和安全系數包括，彈性模量3GPa-15GPa，厚度0.1mm-0.5mm，拉伸強度300N/cm-1200N/cm；安全系數2-6，所述最大安全應力為最大超壓值下的所述艇囊材料的最大應力×安全系數。

5.根據權利要求1所述的仿真方法，其特征在于，步驟(3)中，所述加筋強化區域為占飛艇軸長50％～90％中間段區域。

6.根據權利要求1所述的仿真方法，其特征在于，步驟(4)中，所述加強纖維筋材料為芳綸纖維絲、聚芳酯纖維絲或聚對苯撐苯并雙口惡唑纖維加強的合成纖維；所述加強纖維筋寬度范圍為50mm-250mm，厚度為1mm-8mm。

7.根據權利要求1所述的仿真方法，其特征在于，步驟(4)中，所述仿真布置加強纖維筋是通過模擬下述條件進行的：熱壓機熱合作用將艇囊與加強纖維筋通焊接合成一體化，加強纖維筋與艇囊接觸熱合的位置涂抹結合劑，其中環向加強纖維筋沿軸向按應力梯度分布來布置，縱向纖維筋沿周向均勻布置，即環向相鄰纖維筋之間沿軸向的間距不等，其取決于艇囊表面沿軸向的應力梯度，縱向的相鄰纖維筋之間夾角相等，在周向360°內均布，夾角大小取決于縱向分布加強纖維筋的個數，環向布置的加強纖維筋個數大于縱向纖維筋個數；環向加強纖維筋在縱向加強纖維筋外側。

8.根據權利要求1所述的仿真方法，其特征在于，步驟(1)中，所述平流層飛艇基本外形為長橢圓旋成體結構，建模過程中忽略對艇囊應力分析影響不大的尾翼和吊艙的建模。

9.一種平流層大飛艇的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

第一步，實施權利要求1-8中任意一項所述的仿真方法以選擇適當的低面密度材料；

第二步，將所述低面密度材料用于制備平流層飛艇艇囊，得到輕量化的平流層飛艇艇囊；

第三步，采用權利要求1-8中任意一項中所述步驟(4)中仿真布置加強纖維筋的條件，真實布置加強纖維筋，以對第二步得到的輕量化的平流層飛艇艇囊進行強化。

10.一種平流層大飛艇，其特征在于，其由權利要求9所述的制備方法制備得到。