系留气球留空时间分析方法研究.pdf

《系留气球留空时间分析方法研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第14卷第4期2014年2月科学技术与工程V0L14No．4Feb．20141671—1815(2014)04—0293—06ScienceTechnologyandEngineering⑥2014Sci．Tech．Engrg．航空航天系留气球留空时问分析方法研究姜琬舒恪晟(中国特种飞行器研究所，荆门448035)摘要系留气球的留空时间主要由日平均氦气泄露量决定；但由于氦气泄露量的影响因素众多，且探测手段有限，目前尚未发现能直接准确测得工作环境下球体实际氦气泄露量的有效方法。因此无法对留空时间进行

2、准确评估。为了解决这一问题，提出了一种新的间接的系留气球留空时间分析方法。采用了全析因试验设计，通过计算各种工况下满足留空时间指标的日平均氦气泄露量上限，再采取各种措施使球体日平均氦气泄露量不超过该上限值，从而使该项指标符合战术技术要求，回避了直接求解氦气实际日平均泄露量的不确定性。研究发现，在特定的工作环境下，净静浮力的变化实际上是由日平均氦气泄露质量决定的；且当留空时间一定时，日平均氦气泄露质量只在某取值附近的小范围内波动，受环境因素的影响很小；只要能保证日平均氦气泄露质量≯6．31454kg

3、／m，则可以满足在任意的工作海拔高度、温度、风速、湿度和压差下某型系留气球都能达到21d的留空时间指标要求。关键词系留气球留空时间日平均氦气泄露量全析因试验设计中图法分类号V273；文献标志码A系留气球是使用缆绳将其栓在地面阵地或牵引氦气的实际日平均泄露量都得不到令人满意的结系留车上，可控制其在大气中漂浮高度的气球，具有果，也无法验证机动式系留气球能否满足留空时问留空时间长、覆盖面积大、能源消耗低等特点，可用指标的要求。另一方面，尽管国内外在飞机的续航于执行预警、侦察监视、通信中继、电子对抗、环境

4、监时间计算方法研究方面颇有建树，但在系留气球、飞测等任务¨j。留空时间是系留气球的一项重要性艇等浮空飞行器留空时间计算分析方法方面开展的能指标。从理论上来说，系留气球升空至工作高度研究较少，大多直接采用升空试验来进行验证，因此后其净静浮力是几乎不发生变化的。但实际上，由可借鉴的经验非常有限。于囊内氦气会根据环境因素变化以一定规律发生泄为了解决上述问题，提出了一种新的间接的系露，氦气泄露后只能通过补充一定量的空气来保持留气球留空时间分析方法，基本思想是：不直接求解球体内外压力平衡，而空气的密度是氦气

5、的7倍多氦气的实际日平均泄露量，而是通过求解各种工况(空气的相对分子质量是28．97，氦气的相对分子质下满足留空时间指标要求的日平均氦气泄露量的上量是4)，这就导致气球的净静浮力随着氦气的不断限，再通过系列措施使球体日平均氦气泄露量不超流失和囊内空气的增加而逐渐减小。从气球上升到过该上限值，即能达到既定的留空时间的指标要求。工作高度算起，当净静浮力从最大值减小至0时，对1日平均氦气泄露量上限的计算方法应的留空时间为系留气球的最大留空时间。从上面的分析中可以看出，氦气泄露量是决定系留气球留标准大气环

6、境下，大气压力和温度的取值大小空时问的关键因素；但氦气泄露量的影响因素众多，主要与海拔高度有关，但系留气球的实际运行环境不仅和工作高度的气压、温度、湿度、风速等环境因并非标准大气，因此需要在标准大气压力计算公式素有关，还和球体内外压差、加工工艺以及囊体材料的基础上进行修正。查阅相关资料可以知道，影响和开口部位的透氦率等因素有关；并且由于工作环大气压力的主要因素除了海拔高度之外J，还有环境的开放性和气体泄露监测技术的限制，目前还没境温度、风速和湿度。有一种能直接准确测得氦气实际泄露量的方法。综压力计

7、算公式如下：合上述，无论是直接计算求解还是通过仪器去监测标准大气压力：，71、2013年9月16日收到总装航空支撑课题(619010504)资助P=Pol、1)“(1)第一作者简介：姜琬(1981一)，女，工程师，硕士。研究方向：飞行0，器顶层设计、飞行器总体设计。E-mail：jiangwan@nua＆edu．cn。风速修正后的大气压力：294科学技术与工程14卷PH=PH(1一／a00．5(2)球体破裂，压差最大不能高于1000Pa。湿度影响湿度修正后的大气压力：因素主要考虑大气中水蒸汽含量对

8、空气密度的影响，据相关资料，水蒸汽占空气的比重最大不超P：PH(3)过4％。式中，Po=101325Pa，To=288．15K，=ro一为了对获得尽可能全面的试验结果，采用了全0．0065H，尺=287．05287N·m／s，a0为无风时的析因试验设计J，影响因素及其水平取值见表1。声速，m。=28．97，m=18．016，sd为水蒸汽在表1影响因素和各因素的水平空气中所占的比重，mi胁=m2i(1一sd)／(mi(1一堡±)+mwatersd)。另外，为了简化计算，风速修正后的海