充气结构与流场的耦合求解方法

针对一种充气前缘增升技术,建立了其充气结构与流场耦合作用的运动方程.将方程写成状态空间形式,采用时域推进方法求解.对使用了变前缘增升技术的NACA 63-212翼型进行了充气结构静变形的数值计算,结果表明充气结构的刚度对翼型的气动特性有明显影响.与原翼型相比,在不考虑充气结构变形时,该增升技术大约能使翼型的失速迎角增加30%,最大升力系数增加22%;考虑结构变形后增升效果有所降低.刚度较低的薄膜在前缘吸力峰的作用下会隆起形成鼓包,容易引起流动分离.

遗传算法的超大跨度充气结构设计优化

为了提高超大跨度充气结构设计水平和研发效率,用遗传算法和有限元分析相结合的优化方法进行了超大跨度充气结构设计优化.应用ABAQUS有限元分析软件建立了充气结构有限元模型并进行计算分析,采用遗传算法进行优化,经繁殖和进化后获得最优解.分析结果可知,最优解蒙皮材料应力分布基本均匀,结构各附件平均应力水平较高,具有较高的材料利用率,结构整体质量为3 928 kg.根据最优解进行了样件加工测试,在所有工况下充气结构均可安全工作,旋翼翼梢处最小水平安全距离1.09 m,最小垂直安全距离1.67 m,与有限元分析结果基本一致.测试结果与分析结果基本一致,优化方案能够满足运用要求,验证了该优化方法是有效的.

薄膜充气结构承弯性能的理论分析方法

围绕薄膜充气结构的研究动态,归纳总结对其进行承弯性能预测的理论分析模型与方法。薄膜充气结构与常规结构的区别主要在于其由薄膜材料制作且由充气张拉成型,除了应该考虑薄膜本身的承载特性外,还要着重探讨充气对其承载性能的影响。当前的研究工作主要包括失效判定和挠曲变形预测两个方面,理论分析方法的建立,首先需要根据薄膜褶皱理论选择恰当的单元体及褶皱判据,然后基于模型简化假设建立失效与挠曲变形分析理论,其中失效判定的关键在于如何选择失效判据,而挠曲变形预测的重点在于如何全面恰当地反映压力的贡献。此外,将典型薄膜充气结构单元组合得到其组合结构,结合各构件的性能特点可实现对这种组合结构整体性能的估算与预测。最后,对薄膜充气结构承弯性能的理论分析方法改进及应用提出进一步的研究建议。

充气结构非线性分析及内力计算

以非线性有限元法为基础 ,提出充气薄膜结构有限元分析的基本方程及解法 .用最小二乘法解充气结构在初始内压力作用下的预应力分布 ,并对外力作用下膜结构内力进行分析 .

基于充气结构空间碎片弹射动力学仿真研究

根据空间充气结构的应用,利用充气结构对空间碎片弹射以达到清理离轨目的。通过Abaqus有限元分析软件,对圆柱形气囊弹射空间碎片的过程进行动力学仿真分析。分析碰撞面壁厚、弹射气囊长度、气压以及碎片质量对弹射效果的影响。结果表明:弹射气囊为长3 m、直径3 m的聚酰亚胺薄膜,碰撞面为3 mm厚的凯夫拉层,气囊充气气压为6 kPa时碎片弹射效果最佳,得到聚酰亚胺薄膜厚度与最大弹射质量的线性关系,通过仿真分析结果为充气结构应用于空间碎片清理提供了一定的参考。

空间柔性充气结构分布式光纤裂纹损伤监测方法

空间柔性充气结构作为一种航天器基本组成单元,在气闸舱、空间居住舱等领域受到越来越多关注。针对此类结构损伤状态的智能辨识,对于目前正在开展的深空与星际探测具有重要意义。为此,本文提出了一种基于分布式光纤传感器的空间充气结构裂纹损伤实时监测技术。借助ANSYS有限元分析方法,数值模拟得到含裂纹损伤的充气结构模型在不同内压载荷作用下的应变响应与分布规律。在此基础上,通过由芳纶编织而成的柔性充气结构表面布置分布式光纤光栅传感网络,实时采集不同位置与程度损伤对应的表面应变分布与变化信息。提取能够表征结构裂纹特征的辨识参量,建立光纤传感器应变响应差值与裂纹损伤长度之间的关系模型,实现裂纹损伤区域定位与损伤长度识别。研究结果表明,本文所提方法具有非视觉测量、实时性好以及多种功能复用等优点,能够为未来空间柔性充气结构服役状态辨识与在轨快速维护提供技术支撑。

基于充气结构的非常规飞艇设计

研究充气结构在飞艇设计、制造和操控方面的用途,提出一种由受压变硬的空心管组成的充气结构,其安装在飞艇囊体上,使得飞艇结构变得更坚固。这种设计创新可以降低结构质量,也可提高非常规飞艇的动力和机械性能。同时,由于这些充气结构的简易性,制造和操作过程中面临的难题将会大大减少。

空间再入充气结构的流固及热固单向耦合研究

为描述空间再入充气结构的非线性结构动力学行为,基于二维坐标系计算了再入返回过程中的弹道方程,利用CFD数值模拟研究了不同再入高度处的流场及表面热流分布。同时基于有限元理论建立了空间再入充气结构的有限元模型,研究了充气压力、薄膜厚度等材料非线性因素对静力学特性和模态特征的影响,并利用流固及热固单向耦合的方法,分析了考虑高超声速流场气动压力和气动热作用下空间再入充气结构的特性变化。研究表明:驻点最大热流密度随半锥角的增大而减小,随初始再入角的增大而增大;当飞行高度大于40km时需着重考虑气动加热效应对结构热应力及热模态的影响,而飞行高度小于40km时气动压力对结构静应力及模态特征影响更大。

充气结构的空间造型分析研究

考虑充气膜结构的几何大变形和小应变的特点,以建筑力学和造型技术为基础,对不同造型充气结构的约束条件、力学性能等方面进行分析,总结不同造型充气结构的优缺点并对其进行造型分类,突出其不同功用。最后,通过对逐步充气加压过程中,充气造型的几何变化特征和膜面应力变化进行分析,总结不同造型在不同边界、不同内压下的变化规律。

柔性充气结构在无人系统中的应用

柔性充气结构凭借其质量轻、造价低、可折叠展开和控制灵活等优点,在航空航天和软体机器人等领域都有广阔的应用前景,逐渐引起国内外研究者的重视。介绍了柔性充气结构在大面积天线、太阳能电池帆板、遮光罩、充气式太空舱、充气式无人机、飞艇、柔性充气式机器人等不同工业领域内的无人系统的应用与研究现状,分析了柔性充气结构作为承力或功能结构区别于传统刚性结构的特点,并对充气结构研制过程中所面临的关键技术,如高性能柔性气囊材料技术、折叠与展开技术、动力学建模与仿真等进行了总结,旨在为相关领域的研究与应用提供初步参考。

拱形充气结构承载特性分析

为了验证充气结构的承载特性,进行了气肋模块荷载试验,得到了同一模块在不同内压下的承载极限以及拱顶高度的变化量,内压为5kPa时,气肋模块最大可承重1 760kg。建立了充气机库的三维模型,并用FLUENT计算了不同迎风角下,机库表面风压分布,得到在迎风角为60°时,为机库最易坍塌,并将表面风压导入ABAQUS中分析机库应力分布,结果表明,机库在10级风下仍能运行良好。

多轴向经编针织物与机织物在用作可充气结构体基布时的比较

引言产业用布领域中,对纺织基底材料的要求已大大增加,这涉及到纤维材料和织物结构两个方面。迄今常用的生产纺织品的方法已不能满足日益提高的要求,因此,在研制新型纺织基底时,运用新的织物组织就变得更为重要。

南方开放式鸡舍的充气结构隔热材料

针对南方现行开放式鸡舍存在的问题，结合我国目前的技术水平、经济条件及能源价格，在南方开放式鸡舍中使用价廉实用的充气结构隔热密闭材料，较好地解决了其隔热又密闭问题，并为纵向通风、湿垫降温技术在开放式鸡舍的应用提供了良好的条件。

充气结构在航天器上使用的研究

当今,人们在制定空间计划和任务的时候,费用、有效载荷的重量和体积常常是考虑的重要因素。运载火箭技术条件的变化是根据要送到低轨道或静止轨道的有效载荷的重量和体积而定的。一般情况下,有效载荷的重量低、体积小,就用小型运载火箭发射,费用也较低。人们在减轻有效载荷的重量和减小体积方面做过许多尝试,其中一种是使用充气结构。60年代初发射过的“回声-1”通信气球就第一次使用了这种结构。它直径为100英尺的重166磅,为聚酯薄膜气球,涂了铝。这个气球用肉眼可以看见,是曾送入轨道的最大航天器之一。它于1968年5月再入大气层。充气结构的一个不足之处是长时间飞行之后,其气压会下降。

Inflatable Structure：100％PureNewZealand充气结构——新西兰形象大使

新西兰国家旅游部在法国巴黎埃菲尔铁塔下举办的橄榄球充气结构的揭幕仪式，将世界杯橄榄球赛的热潮进一步延续。该球体将作为新西兰的形象大使，周游世界各个城市，光临各大比赛现场，直到2011年重新回到新西兰。届时，2011年世界杯橄榄球赛将在新西兰举办。

用于充气结构的高性能多轴向织物

能够承受各个方向载荷的尺寸稳定、抗滑移和高强度的纺织衬底,广泛应用于产业织物领域。由于传统机织物中各根纱线的波状排列,它们的拉伸强力和抗撕裂延展阻力常常被削弱。产业织物所需求的特性常常能通过折衷的办法来获得。

充气膜结构研究综述

为了解充气膜结构研究现状,本文结合近年充气膜结构研究概况,从充气膜结构受力、膜材、找形、载荷、裁剪、结构消防等方面整理相关文献。归纳充气膜结构现有研究特点,如对膜结构进行有限元模拟的数值计算方法逐渐取代物理模型法;对膜材阻燃抑烟性能研究较多,对膜材阻燃稳定性能研究较少;找形常结合启发式算法或摄影测量手段;流固耦合分析柔性膜结构相对复杂;裁剪过程难以确保膜结构形状最佳;建筑膜材防火等级划分较简易,对膜材燃烧特性方面研究较单一。并在分析已有文献的基础上,进一步提出关于充气膜结构的主要应用与研究方向。充气膜应用主要包括储煤棚、体育建筑及沼气贮气装置等;研究方向主要包括非线性与流固耦合效应、储煤棚抗火性能、防火标准规范及气压控制等。

充气自旋结构的动力学特性研究

针对一种共机架式充气自旋结构,对其进行精确动力学建模与动力学特性分析。分别采用绝对节点坐标描述的缩减壳单元和自然坐标法建立柔性充气管与刚体卫星的动力学模型,基于拉格朗日乘子法将运动学约束引入系统动力学方程,建立其刚柔耦合多体系统动力学模型。考虑充气自旋结构在平衡构型处的线性振动,通过坐标变换推导充气结构在匀速自旋下的特征方程,采用频率平移方法计算其共振频率与模态振型,并利用有限元软件验证其正确性。研究充气自旋结构共振频率随转速和充气气压变化的规律,仿真结果表明,自旋转速与充气气压等因素会引起共振频率曲线的转向、交叉以及模态切换等现象,从而影响充气自旋结构的稳定性。