大型平流層平臺柔性飛艇結(jié)構(gòu)分析理論與特性研究.pdf

1、大型平流層平臺柔性飛艇是高分辨率對地觀測系統(tǒng)的有效平臺，具有巨大的軍民應(yīng)用價值?，F(xiàn)代柔性飛艇研制涵蓋新材料、結(jié)構(gòu)、能源、動力以及控制等多種學(xué)科，飛艇結(jié)構(gòu)是其中一個重要的研究領(lǐng)域。本文目的是進行薄膜充氣梁及柔性飛艇結(jié)構(gòu)分析理論與結(jié)構(gòu)特性的研究，形成有效數(shù)值分析方法，初步掌握一般柔性飛艇結(jié)構(gòu)特性，為大型平流層平臺柔性飛艇的設(shè)計與制造進行技術(shù)儲備。
　　 按照研究內(nèi)容，本文分別對柔性飛艇力學(xué)分析理論、柔性飛艇結(jié)構(gòu)分析的數(shù)值模擬方法、柔

2、性飛艇模態(tài)分析方法及性能研究、大型平流層平臺柔性飛艇結(jié)構(gòu)體系設(shè)計與分析研究、柔性飛艇材料力學(xué)試驗五個方面開展了研究工作：
　　 首先，對柔性飛艇力學(xué)分析理論開展研究。闡述了飛艇的空氣靜力學(xué)原理，推導(dǎo)了基于無矩殼理論的飛艇應(yīng)力計算式和分別基于彈性理論以及鐵木辛柯梁理論的薄膜充氣梁變形計算式，并將此計算式進行了推廣，實現(xiàn)了考慮氣壓效應(yīng)的飛艇變形理論分析。隨后，計算了25m驗證飛艇的基本結(jié)構(gòu)性能參數(shù)。
　　 其次，對柔性飛艇結(jié)

3、構(gòu)受力與變形進行了數(shù)值計算分析。介紹了基于鐵木辛柯梁的有限元理論和薄膜充氣結(jié)構(gòu)非線性有限元理論，分別采用兩種有限元算法對薄膜充氣梁進行了數(shù)值模擬計算，確定了采用膜單元的非線性有限元算法的有效性，將此方法運用于飛艇數(shù)值模擬并同測量值比較，結(jié)果進一步驗證了分析方法的有效性。
　　 第三，對柔性飛艇模態(tài)分析方法及模態(tài)特性進行了研究。將干、濕模態(tài)的概念引入柔性飛艇的模態(tài)分析，首先采用非線性有限元預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析方法對薄膜充氣梁干模態(tài)進行研

4、究，分析了薄膜充氣梁預(yù)應(yīng)力模態(tài)的影響因素。隨后介紹了薄膜充氣梁濕模態(tài)分析理論，分別采用擬密度法和流固耦合法計算得到薄膜充氣梁濕模態(tài)。最后將柔性薄膜充氣梁預(yù)應(yīng)力模態(tài)計算方法運用于柔性飛艇的模態(tài)計算，考察了內(nèi)壓產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力剛度對飛艇模態(tài)的影響，并且計算了驗證飛艇的濕模態(tài)。
　　 第四，對大型平流層平臺柔性飛艇結(jié)構(gòu)體系進行了分析研究。針對單一超大型柔性飛艇方案，分析了軟式、半硬式飛艇多種體系布局的可實現(xiàn)性以及優(yōu)劣性。采用25m驗證飛艇

5、體形參數(shù)，提出了十種結(jié)構(gòu)體系布局，并基于平衡形態(tài)原理建立了分析模型，進行了系統(tǒng)的數(shù)值計算和分析。
　　 第五，對柔性飛艇用薄膜材料和CFRP材料進行了一系列力學(xué)性能試驗。分別對五種飛艇用膜材：Uretek3216L、Uretek3216LV、Aeros-423、Uretek3216A和Uretek3224型膜材進行了單向拉伸強度試驗、往返加載試驗和徐變試驗。對其中的Uretek3216L和Uretek3216LV型膜材還進行了對