刚度构型对飞艇定常流固耦合特性的影响研究

飞艇作为临近空间高分辨率观测的重要平台,力学性能研究非常重要。飞艇的主体材料一般由柔性蒙皮构成,容易在气动作用下产生较大的变形,存在较强的流固耦合效应,是其力学性能研究的关键。该文采用松耦合方法形成了定常流固耦合计算方法,并且针对流场与结构的模型展开了详细的计算,和实验结果进行了验证。针对不同刚度构型飞艇模型的计算结果显示:硬式飞艇不需考虑流场和结构的耦合效应,半硬式和软式飞艇的耦合效应较明显。其中半硬式飞艇,耦合效应主要影响区域为柔性最大的橡胶部分,考虑耦合效应后,飞艇位移变形量增加约5%。软式飞艇,变形最为明显的是飞艇的尾部和头部,在来流作用下会出现明显的抬头位移,最大位移增量为225%。此外还采用量纲分析方法,得到了艇体变形与膜材料弹性模量、内压、来流的变化规律。当模型与实物满足几何相似、材料相似和动力学相似的条件下,变形将满足几何相似律。