平流层飞艇蒙皮材料织物纤维拔出过程分析

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1、2014年8月北京航空航天大学学报August2014第40卷第8期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．40No．8平流层飞艇蒙皮材料织物纤维拔出过程分析孟军辉张艳博吕明云(北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100191)摘要：平流层飞艇高度以及昼夜温差改变，都将引起飞艇内外压差有很大的变化．飞艇蒙皮承力层纱线拔出是其撕裂现象的细观过程，对飞艇耐压能力有着重要的影响．对某平流层飞艇蒙皮材料织物层进行细观力学建模，通过研究纱线拔出过程力的变化，并与试验结果对比，指出整个拔出过程可以分为近

2、似线性增长阶段和振荡阶段，两阶段过渡点纱线拔出力的大小对于蒙皮材料撕裂扩展性能有着重要意义．同时，平流层紫外和臭氧等复杂环境，通过对织物纱线表面老化，降低其表面性能，从而使得最大拔出力减小，飞艇耐压能力降低．关键词：飞艇；蒙皮；纤维；有限元法；老化中图分类号：V254．2文献标识码：A文章编号：1001-5965(2014)08—1149-05ExtractingprocessofstratosphericairshipenvelopfabricfiberMengJunhuiZhangYanboLtiMingyun(SchoolofAeronauticSciencean

3、dEngineering，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China)Abstract：Eitheraltitudechangeortemperaturefluctuationwillcauseexpandingdifferencebetweentheinternalandexternalpressureonenvelopofthestratosphericairship．Yarnextractionintheload-carryingply，amicroscopicprocesso

4、fenveloptearing，iscrucialformeasuringtheoverallpressure·proofcapacityofair-ship．Finiteelementmodeloftheload·carryingplywasemployedtocalculatetheforcechangeduringextrac—tionprocedure．Thisprocedure，indicatedbycomparisonbetweenthenumericalcalculationswithexperimentaldata，canbedividedintolin

5、earincreasingperiodandoscillatingperiod．Thepointoftransitionbetweenthetwosequencingperiodsisasignificantfactorforenveloptearing．Atthesametime，complicateenvironmentconditions，suchasultravioletradiationandozone，greatlyunderminethebehaviorofload—carryingfabric，causingsurfaceaging，whichresul

6、tinthedeclinationofboththemaximumextractionforceandoverallpres-sure-proofcapacity．Keywords：airships；skin；fiber；finiteelementmethod；aging平流层飞艇飞行于20～30km高度的平流层空间，具有长期驻空、定点和高分辨率对地观测能力．随着轻质高强蒙皮材料和循环能源技术的发展，目前发展平流层飞艇成为可能，美国、欧洲、13本、韩国等国家和地区都投入了大量经费研制平流层飞艇，取得了一定进展，但目前还没有研制出可以长期驻空、工程实用的平流层飞艇¨“1．

7、由于平流层飞艇的工作高度在20km以上，飞艇上升过程中内外压差变化很大，从而导致蒙皮材料张力发生很大变化．从美国及欧洲部分国家所做的平流层飞艇验证试验来看，蒙皮材料撕裂破坏是平流层飞艇的主要失效形式．当平流层飞艇在上升过程中蒙皮内外压差达到一定数值时，材料初始缺陷缓慢扩展，发生局部纤维束断裂和界面失效，裂纹尖端应力集中区的纤维束滑移并重新定位，形成带初始裂纹的应力集中三角收稿Et期：2013-09-22；网络出版时间：2014-03-2409：38；DOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2013．0538网络出版地址：W