半柔性结构飞艇模型静力学试验与分析

【摘要】：飞艇作为一种滞空时间长,质量较轻的可控飞行器,具有广泛的军民应用价值。飞艇结构体系主要包括刚性、柔性和半柔性;其中半柔性结构体系具有轻质、刚度分布合理,便于载荷传递的特点,但是在刚柔协同作用与力学特性上的研究较少。本文基于充气膜结构的基本理论,对半柔性飞艇结构的静力学特性进行研究,主要内容包括飞艇主气囊充气及静载过程试验与数值模拟,半柔性结构飞艇的组成和设计,半柔性飞艇结构静载试验与数值模拟。首先,以飞艇囊体缩比模型为研究对象,开展了充气试验和静载试验,对飞艇主气囊在充气过程中和静载过程中的结构响应进行测量,得到囊体静刚度特性的一般规律;其次,基于充气式结构裁切效应对囊体裁片建模,得到飞艇主气囊的初始构形,并对囊体充气过程和静载过程进行数值模拟,通过与试验结果对比,验证建模方法和试验测量的正确性,分析囊体静力学结构响应特性;再次,介绍半柔性结构飞艇的组成和设计原理,为了提高龙骨的整体刚度,内部采用预应力钢丝绳进行张拉,通过对预应力的优化分析,得到龙骨最终的几何形式;将龙骨与主气囊组装成整体,并开展静载试验,对半柔性飞艇的结构响应进行测量,得到半柔性飞艇结构的静刚度特性的一般规律;最后,为了验证预应力优化的结果,对龙骨施加预应力过程进行数值模拟,得到预应力施加结束后,龙骨中应力分布的初始状态;对半柔性结构飞艇静载过程进行模拟,通过对比试验结果,对半柔性飞艇的力学响应规律进行研究,为半柔性飞艇的结构设计提供参考。