[发明专利]基于相似理论的飞艇缩比模型设计方法

说明书

本发明公开了一种基于相似理论的飞艇缩比模型设计方法，以设定的飞艇结构件为原型对象，基于相似理论对其静力学相应和动力学特性的缩比模型进行设计，提出结合有限元分析的方程分析法，根据建立的相似关系设计一定比例的缩比模型，使得缩比模型在静力学相应和动特性方面均与原型保持较高的相似性，能够推广用于大型飞艇的缩比模型设计。

技术领域

本发明涉及飞艇模型设计技术领域，更具体的说是涉及一种基于相似理论的飞艇缩比模型设计方法。

背景技术

目前，低速临近空间飞行器主要包括气球、飞艇、无人机和太阳能飞机等，其中大型飞艇是低速临近空间飞行器的发展重点之一，主要用于高分辨率对地观测、情报搜集、通信保障、侦查监控、导弹预警、战略投送、环境与气象数据探测等，具有很强的军事和民用价值。由于大型飞艇尺寸较大，其地面试验通常利用缩比模型试验取代全尺寸模型试验，缩比模型试验的目的，一方面是在结构设计早起获取可靠的全尺寸模型力学特性信息和分析经验，另一方面是发展有效的实验方法。利用缩比模型得到的力学数据不仅可预测全尺寸模型力学特性，还可用来修正全尺寸模型的数值模型，也因此缩比模型试验更注重存在的缩比模型和全尺寸结构的相似关系、外部载荷边界模拟、配重影响、变形与应变测量方法、试验误差分析、判断试验结果与分析结果的相关性、检验试验系统的适用性等问题。

因此，如何提高缩比模型与全尺寸结构相似关系的准确性，实现等比缩小、降低模型误差是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于相似理论的飞艇缩比模型设计方法，以设定的飞艇结构件为原型对象，基于相似理论对其静力学相应和动力学特性的缩比模型进行设计，提出结合有限元分析的方程分析法，根据建立的相似关系设计一定比例的缩比模型，使得缩比模型在静力学相应和动特性方面均与原型保持较高的相似性，能够推广用于大型飞艇的缩比模型设计。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于相似理论的飞艇缩比模型设计方法，包括以下具体步骤：

步骤1：采用量纲分析法获得囊体相似关系；

步骤2：采用有限元方法获得龙骨相似关系；

步骤3：计算拉绳相似关系；

步骤4：根据所述囊体相似关系、所述龙骨相似关系和所述拉绳相似关系进行联立获得飞艇整体相似关系；

步骤5：根据所述飞艇整体相似关系计算缩比模型参数，根据所述缩比模型参数构建飞艇缩比模型。

优选的，所述步骤1的具体实现过程是：

步骤11：确定囊体固有频率表达式为ω＝f(l,ρ,E,P,υ,F)，其中ω为频率，l为尺寸，ρ为材料面密度，E为材料线抗拉弹性模量，P为囊体内压，υ为泊松比，F为静力载荷，则量纲分别表示为：

[ω]＝T^-1

[l]＝L

[ρ]＝ML^-2

[E]＝FL^-1

[P]＝FL^-2

[F]＝F；

步骤12：取l、ρ、E为基本量，进行无量纲化：

步骤13：根据所述囊体的相似准则和所述无量纲化结果获得所述囊体相似关系：

其中，λ表示相似系数。

优选的，所述步骤2的具体实现过程为：