零压式高空气球球形设计与参数敏感性分析

高空气球能够为临近空间科学实验提供可靠的平台,其形状直接关系到气球制作及飞行的全过程。提出将多段打靶法与序列二次规划法结合,对零压气球完全膨胀和部分膨胀状态下的球形进行求解,并运用有限元方法对球形进行稳定性及应力应变分析,验证了所推导球形的正确性。在此基础上,对影响气球形状的关键参数进行灵敏度分析及相关运用,从定量的角度得到气球载荷、飞行高度及昼夜温差对气球形状的影响规律。

高空气球外形计算及通用算法设计

高空气球为临近空间中的研究提供了可靠的低成本平台。目前高空气球球形一般直接采用"自然形"或以"自然形"为基础,但通用、简捷地求解"自然形"外形方程一直是个难点。将"自然形"气球外形求解问题转化为最优控制问题,利用最优控制领域成熟的求解工具——高斯伪谱法最优化软件包计算气球外形。此外,通过分析外形数据得到外形变化规律,设计通用算法求解任意球形控制因子、任意高度的"自然形"气球外形。结果显示,该算法无须调参便可计算所需的"自然形"球形,便于科研人员快速获得大量所需球形数据.