平流层浮空器保压指标对驻空性能的影响

《平流层浮空器保压指标对驻空性能的影响》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaJun．252016V01．37No．61833-1840ISSN1000-6893ON11·1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．onDOI：10．7527／$1000—6893．2015．0267平流层浮空器保压指标对驻空性能的影响史智广1’2一，张小强1’2，李锦清1’2，钱太阳1’21．北京临近空间飞艇技术开发有限公司，北京1000702．中国航天科工信息技术研究院，北京100070摘要：地面保压试验是综合评估囊体材料性能的重要手段，其设计

2、指标将影响平流层浮空器总体驻空高度与时间的变化范围。以球形超压平流层浮空器为例，建立了驻空高度运动学模型、热力学模型及基于微孔损伤的氦气渗透模型，综合考虑驻空过程中力、热耦合引起的浮空器内部氦气压力、温度和质量等的实时变化，以囊体材料微孔当量直径为桥梁建立了平流层浮空器地面保压指标与驻空高度、驻空时间的耦合关系，通过定量分析不同保压指标下浮空器驻空性能的变化情况，提取影响规律，为保压指标的合理设计提供总体参考。关键词：保压指标；地面保压试验；平流层浮空器；微孔当量直径；驻空性能中图分类号：V19文献标识码：A文章编号：i000—6893(2016)06—1833—08平流

3、层浮空器是一种轻于空气的飞行器，主要依靠静浮力滞空飞行，能够实现定点驻空、慢速机动，具有广阔的军用、民用前景。目前，国内外平流层浮空器的研究仍处于关键技术攻关和缩比小尺寸样机演示验证阶段。囊体作为平流层浮空器静浮力的主要来源，其气密性的好坏将直接影响浮空器长期驻空飞行任务的成败。由于任何有机薄膜材料都无法完全隔绝气体，因此扩散渗透是无法避免的，同时在囊体材料制造和浮空器加工过程中，可能造成囊体的微孑L损伤【l⋯。为了保证囊体材料加工成型后的气密性满足浮空器长航时、既定高度任务飞行的要求，在实飞前需要开展全尺寸囊体地面保压试验，通常采用恒温、同压和等驻空时长试验条件下的囊体

4、压力损失百分比来表征气密性的好坏。出于成本控制考虑，常采用空气作为试验气体，同时地面恒温、长时间试验环境控制难度较大，如何通过非等驻空时长、非同种试验气体的全尺寸地面保压试验指标来综合评估囊体气密性能对平流层浮空器驻空性能的影响是总体实施单位关注的焦点。目前国内对这方面研究的公开文献较少，但有不少文献对浮空器热辐射特性、运动规律和囊体材料氦气渗透等进行了研究【7-19]。I。i等[7]从气动、飞行等方面开展了平流层浮空器动态特性建模综述性研究；刘东旭等[8]研究了氦气渗透对高空长航时浮空器驻空性能的影响；李德富凹]、徐向华‘1⋯、Farley[1“、ShiEl2。、Har

5、ada[1⋯、姚伟‘153及Cathey[1即等分别从上升、驻空和下降阶段开展了平流层浮空器热特性的分析，并进行了仿真研究；郑威m]、陈行军‘161和欧阳晋[171等对平流层浮空器进行了动力学建模和分析。本文以球形超压平流层浮空器为例，综合考虑驻空过程中力、热耦合引起的浮空器内部氦气压力、温度等的实时变化，以囊体材料微孔当量直收稿El期：2015．06—29；退修日期：2015-09—04；录用日期：2015-09-28：网络出版时间：2015—10·0909：40网络出版地址：WWW．cnkinet／kcms／detail／11．1929．V．2015100909400

6、02html*通讯作者．Tel．：010-57831302E-mail：shizhiguang—htyy@sina．cn亨l蓐格式

7、史智广，张4、强，李锌清，等．平流层浮空器保压指标对驻奎性能的影响[JI．航空学报·2016，37(6)：1833-1840．SHIZGZHANGXQ，LIJQ，eta1．Effectofgroundpressure．maintenanceindexonstagnationperformanceofstratosphericaerostats[JjActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2016，37(6)：1

8、833—1840．航空学报Jun．252016V01．37No．6径为桥梁分析了在非等驻空时长、非同种试验气体的全尺寸地面保压试验条件下综合评估浮空器总体驻空性能的方法，并进行了定量分析，对地面保压指标的确定具有重要的工程参考价值。1驻空高度运动学模型本文研究的球形超压平流层浮空器结构如图1所示，主要由囊体、吊舱、桁架和推进等组成，其中囊体为超压正球形，推进布局为偏航平面内的电动螺旋桨形式。图1球形超压平流层浮空器结构Fig．1Structureofsphericaloverpressurestratosphericaeros