復(fù)雜大氣環(huán)境條件下氣囊氣密性檢測方法研究.pdf

1、本課題來源于中國航空工業(yè)集團(tuán)公司產(chǎn)學(xué)研合作項(xiàng)目:復(fù)雜大氣環(huán)境條件下氣囊氣密性檢測方法。主要針對(duì)中國特種飛行器研究所浮空氣囊進(jìn)行氣密性檢測方法研究。
　　氣密性是浮空器一項(xiàng)重要的技術(shù)指標(biāo)，它關(guān)系著浮空器安全、留空時(shí)間及使用成本。然而，氣囊氣密性的檢測，尤其是復(fù)雜大氣環(huán)境溫度變化下浮空氣囊氣密性檢測是一項(xiàng)難點(diǎn)。傳統(tǒng)的辦法是對(duì)氣囊內(nèi)部充空氣使其壓強(qiáng)超過外界大氣壓強(qiáng)，然后，檢測某一段時(shí)間內(nèi)氣囊內(nèi)部與外界大氣壓強(qiáng)差的變化值，利用理想氣體狀態(tài)

2、方程，推導(dǎo)氣囊內(nèi)部氣體泄漏量。但考慮到外界溫度、太陽輻射等環(huán)境變化，會(huì)對(duì)氣囊內(nèi)部氣體產(chǎn)生影響，從而對(duì)氣囊內(nèi)部與外界大氣壓強(qiáng)差產(chǎn)生影響，其影響量甚至大于氣囊內(nèi)氣體泄漏本身產(chǎn)生的影響。
　　因此，需要開展復(fù)雜大氣環(huán)境溫度變化的氣囊氣密性檢測方法研究。旨在找到泄漏量與環(huán)境溫度及壓差變化之間的關(guān)系，建立數(shù)學(xué)模型，從而計(jì)算出氣囊的泄漏量。本文的主要研究工作和成果總結(jié)如下:
　　1、為了解決實(shí)際浮空氣囊尺度太大，幾千立方米到幾十萬立方米

3、，建立實(shí)際氣囊檢測平臺(tái)不現(xiàn)實(shí)，故通過有限元仿真方法開展研究，首先對(duì)蒙皮熱特性進(jìn)行了研究，其次對(duì)無泄漏浮空氣囊不同工況下定點(diǎn)過程、不同海拔高度和升空過程中的熱特性進(jìn)行了研究，得出任意時(shí)刻浮空氣囊熱特性的分布規(guī)律。
　　2、研究了直徑1.5m浮空氣囊泄漏熱特性，即在不同工況下浮空氣囊內(nèi)外壓差、內(nèi)部氣體密度和內(nèi)部氣體溫度分布及隨時(shí)間變化的規(guī)律，并研究壁面溫度恒定條件下氣囊泄漏熱特性，建立了浮空氣囊泄漏量與溫度及壓差變化之間的關(guān)系式。并外

4、推到一款直徑50m的實(shí)際浮空氣囊泄漏仿真計(jì)算。
　　3、研究了浮空氣囊的充氣和放氣特性。針對(duì)現(xiàn)有的檢測方法不能滿足浮空氣囊的泄漏檢測，提出了定量泄漏檢測方法，并申請(qǐng)發(fā)明專利獲得授權(quán)(專利號(hào):2013107391232)，該方法首先通過對(duì)模型氣囊在不同溫度及壓差變化下一段時(shí)間內(nèi)的泄漏量進(jìn)行仿真計(jì)算，將其數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，得到泄漏量和其溫度、壓差變化之間的關(guān)系式;然后搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建立可控的泄漏通道，對(duì)不同泄漏量和溫度及壓差變化進(jìn)行測量

5、，進(jìn)而得到大量的測量數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)對(duì)仿真模型進(jìn)行驗(yàn)證和修正;進(jìn)一步把仿真方法外推到任意實(shí)際氣囊，可得到相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，該模型只要測量實(shí)際氣囊一段時(shí)間內(nèi)溫度及壓差的變化就可精確計(jì)算浮空氣囊的泄漏量。
　　4、針對(duì)目前國內(nèi)外尚無浮空氣囊泄漏檢測實(shí)驗(yàn)裝置，基于浮空氣囊定量泄漏檢測方法提出了實(shí)驗(yàn)思路和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)方案，運(yùn)用理論分析和數(shù)值模擬方法開發(fā)了一套新型的實(shí)驗(yàn)裝置，并進(jìn)行了氣路系統(tǒng)設(shè)計(jì)、總控硬件設(shè)計(jì)及采集系統(tǒng)軟件開發(fā)。同時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置精

6、度進(jìn)行了分析及不確定度評(píng)定。并申請(qǐng)發(fā)明專利浮空氣囊檢漏試驗(yàn)臺(tái)獲得授權(quán)（專利號(hào):2013107328563）和浮空氣囊檢漏試驗(yàn)臺(tái)風(fēng)源發(fā)生裝置進(jìn)入實(shí)審(專利號(hào):2013107328332)。
　　5、運(yùn)用浮空氣囊實(shí)驗(yàn)平臺(tái)安排實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步研究浮空氣囊泄漏問題。采用正交試驗(yàn)法安排環(huán)境溫度T、初始?jí)翰頟和泄漏時(shí)間t進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用極差分析法，分析影響因素的顯著性，并運(yùn)用逐步回歸方法建立了泄漏量與各項(xiàng)因素之間的最優(yōu)回歸方程。根據(jù)最優(yōu)回歸