某型系留气球空中逃逸仿真分析

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1、第42卷第6期2012年11月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．42No．6NOV．2012某型系留气球空中逃逸仿真分析李红泉(中国人民解放军92419部队，辽宁兴城125106)摘要：系留气球现已应用到许多领域，针对可能出现的主要问题，有些无法用实验手段进行验证，因而采取计算机仿真加以研究。介绍了系留气球的工作状况，描述了空中逃逸的飞行过程，通过建立动力学模型的数学方程式，仿真了升空高度和升降速度与时间的关系。对同型系留气球的设计方法提供参考，为浮空器使用安全提供帮助。关键词：系留气球；空中逃逸；动力学仿真中图分类号：V2

2、73文献标识码：A文章编号：1671．654X(2012)06．0103．04DynamicSimulationonaTetheredBallooninAirEscapeLIHong—quan(Unit92419，ThePLA，Xingcheng25106，China)Abstract：Tetheredballoonisappliedinmanyscopesnow，thereisnomethodtovalidateinexperimenta—tionforsomemainproblem，SOdynamicsimulationisadoptedinthisaspect．T

3、heflightpathisdescribedinairescape．theconnectionbetweenhighandtimeandbetweenliftspeedandtimeissimulatedbyrood—clingdynamicequation．Thesimulateddataarereferencetothistetheredballoondesign，andarehelpfultoaerostatsafety．Keywords：tetheredballoon；airescape；dynamicsimulation引言系留气球是一种约束型浮空器，依靠自

4、身浮力升空(目前大多充装氦气)，地面拉动系留缆绳降落，拉力和浮力相平衡时维持空中稳定飞行。它具备载重能力强、留空时间长、使用成本低、操作维护简单等优点，广泛应用于民事和军事领域，担负观光、测量、实验和情报搜集、空中预警、信息中继、电子对抗等任务⋯。现在，许多国家在积极开展浮空器的使用研究，美国的RAID系统已经应用在阿富汗军事行动中嵋J。作为一类航空器，系留气球尚无一套较齐备的规范或标准∞j，安全方面参考了其他飞行器的情况H。5J，针对自身特点，人们从局部结构上加强了安全性设计或制造工艺，采取一些措施№q1。随着飞行次数的增多和结构的变化，会出现新的安全风险，针对风险的

5、改进措施通过实验验证，预防性措施不断完善，研究工作正在走一条持续改进之路。但对于强风中球体漂移量和空中逃逸距离等情况，验证飞行会带来灾难性后果，普遍的方法是运用计算机仿真技术，设定合理的边界条件，计算结果往往和实际很接近，这种方法也是前期总体设计的主要手段。1研究对象的基本工况本文研究的系留气球呈水滴外形，容积1800m3，由主气囊、副气囊、头锥、尾翼、整流罩、任务挂架、系留部件及外部连接件等构成。通过地面缆绳缠绕设备的释放和收卷完成球体升空和降落，系留缆绳组件是球体和地面设备的连接介质，除担负球上信息到地面显控终端的光纤传输外，还是球上设备的电源通道；为防止突发断电，

6、地面和球上各有一台大型UPS应急，一套无线控制设备时刻处于热备份状态，保证无外界电力时，系统能正常工作。囊体上安装了一定数量的风机和阀门，用来形成内外压差、保持球体外形。当气球升空时，大气压力减小，球体压力增大，此时，阀门打开排出气囊的空气，降低球内的压力。当气球降落时，大气压力增加，这时风机向内鼓气，增加球体内氦气的压力。当气球驻留时，随大气压力变化，风机和阀门交替排气或鼓风，从而维持差压处于正常的使用范围。收稿日期：2012—08—29基金项目：十一五国防通信项目资助作者简介：李红泉(1969一)，男，河北平乡人，高级工程师，主要研究方m为飞行器的设计与使用。．10

7、4．航空计算技术第42卷第6期：=：=：=：：：===：：：：=：：：=：：：：：：：=：：==：：=：：：：：===============================================在球体的顶部还安装一个大口径阀门，当气球逃逸时，该阀门迅速打开，排出主气囊的氦气，减小气球浮力，使其尽快降落。2．逃逸过程描述系留缆绳通过其两端的滑环式连接器与球体和地面缠绕设备相连，实现载荷转移和信号传输。受结构和重量限制，滑环的抗拉强度比缆绳小得多，地面实验表明，它的安全系数只有2．5左右。因此，连接器是抗拉的薄弱环节，易发生断裂，