压力气管结构在非常规飞艇设计上的应用

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1、压力气管结构在非常规飞艇设计上的应用DomenicoFodaroUniversityofRome“LaSapienza”,Italy,I-00100（20170707LEI译）[摘要]本论文研究了充气增压管结构在透镜形、三角形或翼形艇体飞艇中的设计、制造的工作。比较了当前可采用的充气增压结构方案，评估了可能的收益与在建造和某些飞艇飞行阶段性能方面费用的平衡。该类充气增压结构由可通过压力增硬的中空管道组成，管道会固定在飞艇气囊上：用该方法飞艇结构将变得更加刚硬。该设计创新可以减小结构质量，还有可能提高非常规飞艇的动力学和机械特性。同时，由于该类充气增压结构简单，在制造和使作方面的难点

2、是有限度的。术语ra=airdensity空气密度rhe=heliumdensity氦气密度Cp=pressurecoefficient压力系数Pa=airpressure空气压力DPstat=contributetointernalstagnationpressure内部滞止压力DPaer=contributetointernalaerodynamicpressure内部空气动压DPhyd=contributetointernalhydrostaticpressure内部静压P=internalvaluepressure内部压力值Pp=internalvaluepressureo

3、ftube管内压力值D=maximumdiameterofenvelopecrosssection最大气囊截面直径Rc=radiusofprincipalcurvaturecircumferential主要周向曲率半径Rl=radiusofprincipalcurvaturelongitudinal主要径向曲率半径Re=radiusofcrossenvelopesection气囊横截面半径Rp=radiusoftubecrosssection管道横截面半径h=operatingheight(quota)工作高度L=lengthoftheenvelope气囊长度V=envelopev

4、olume气囊体积g=accelerationofgravity重力加速度u=enveloperadialdisplacement气囊径向位移εc=envelopestretchingcircumferential气囊周向伸长应变εl=envelopestretchinglongitudinal气囊纵向伸长应变σc=envelopecircumferentialstress气囊周长应力8σc=envelopelongitudinalstress气囊纵向应力σp=tubeslongitudinalstress管道纵向应力ν=envelopePoissoncoefficient气囊泊松

5、系数E=Youngmodule杨氏模量Nc=Resultantofcircumferentialstressespressureload周向压力载荷应力结果Nl=Resultantoflongitudinalstressespressureload纵向压力载荷应力结果np=numberof“tubes”usedinpneumaticstructure气管结构中的管道数Ωp=Resistantareaoftubescrosssection管道截面阻力面积I概述本文旨在研究可能提升软式飞艇性能的方法，如更大盘旋高度、更大的运货能力的更长的飞艇时间。软式常规飞艇囊体的几何形状通常通一个旋

6、旋实体获得,该实体由一个几何曲线(通常为2种椭圆)围绕一根纵轴(旋转轴)旋转而获得。常规飞艇内部没有硬式结构，在各种工作条件下，通过一个有限的内部超压来维持其“雪茄”形状。内压值是随着海拔高度的变化通过内部气袋（副气囊）控制的。副气囊随着飞艇飞行高度的增加而减小，以补偿氦气体积的增加。随着高度的变化内压值几乎保持恒值，以便支撑起悬挂到飞艇囊体顶部的吊舱、马达和负载的载荷。通过内部绳子结到囊体的顶部分散和和传递重量载荷，软式飞艇结构简化了，但性能受到限制。因为大气压力随海拔高度而减小，在高度大于设计时飞艇的内部超压可能危及囊体的完整性。飞艇工作范围为5-10000米，起飞时仅充部分氦

7、气，对于更大的海拔高度飞艇甚至打开一侧以便于气体流出。采用一种类似于机翼的几何形状有可能构思一种非常规飞艇，通过空气动力学负载支撑部分载荷。飞艇的横截面不再是圆的，而近似于椭圆。对于非常规飞艇,由压力产生的应力能在囊体上产生明显的变形。为了保持期望的的飞艇气动力形状，因而强制使作内部结构。为了减小压力的目标，我们提出了使作圆柱（管状的）原理的另一种内部结构，其承受压力远大于囊体工作压力。所研究的气体管道能够胶接到飞艇囊体上，所以结触点的局部位移与囊体相同（如下图1）。