由織物裁片拼接而成的球形氣球爆破壓力預估方法與流程

技術領域：

本發(fā)明屬于充氣飛行器技術領域，具體涉及由織物裁片拼接而成的球形氣球爆破壓力預估方法。

背景技術：
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系留氣球、平流層氣球等充氣飛行器由于質量輕、空間大、成本低、可回收等優(yōu)點在航空領域得到了廣泛應用，并且具有良好的發(fā)展前景；氣球的爆破壓力是一項重要的性能指標，直接影響氣球的安全載重、材料利用率等；現(xiàn)有的球形氣球都是由織物裁片拼接的，實際爆破壓力與理想球形氣球的理論爆破壓力相差很大，投入使用前必須獲得比較準確的實際爆破壓力，然而目前只能通過爆破試驗將球形氣球真正爆破才能獲得實際爆破壓力，成本極高，所以需要找到不需要將球形氣球真正爆破就能獲得實際爆破壓力的預估方法。

技術實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的是為了解決目前只能通過爆破試驗將球形氣球真正爆破才能獲得實際爆破壓力的問題，提供了由織物裁片拼接而成的球形氣球爆破壓力預估方法，其技術方案如下：

由織物裁片拼接而成的球形氣球爆破壓力預估方法，它包含如下步驟：

第一步，以球形氣球充氣至可維持球形的最小內壓為初始狀態(tài)，利用非接觸應變測試系統(tǒng)vic-3d測量球形氣球由初始狀態(tài)增加內壓時的表面應變，當球形氣球表面的最大應變達到材料極限應變的15％左右時，測量并記錄球形氣球內壓值及最大應變值，應變測試的區(qū)域選擇在以南緯60度或北緯60度上的任意一點為中心的區(qū)域；

第二步，利用公式計算出校正因子，式中c代表校正因子，p代表初始狀態(tài)內壓，p1代表第一步測量記錄的內壓，ε1代表測量時內壓由p增加至p1時的最大應變，即第一步測量記錄的應變，ε2代表理想球形氣球內壓由零增加到p1-p時的理論應變，即

第三步，利用公式預估球形氣球的爆破壓力，式中p2代表預估球形氣球的爆破壓力，p代表初始狀態(tài)內壓，c代表校正因子，ε3代表球形氣球所用材料的極限應變，p3代表理想球形氣球材料達到極限應變需要的理論壓力，即

本發(fā)明的有益效果為：結合數(shù)字圖像技術非接觸測量獲取氣球表面應變，引入校正因子，建立氣球在實際與理想狀態(tài)下應變與內壓之間的關系，運用氣球材料極限應變值進行爆破壓力的預報，當氣球表面最大的測試應變占材料極限應變的15％左右時取值，預報的壓力誤差絕對值小于10％，是可行的免爆破預報方法。

附圖說明：

圖1是同時利用多個內壓下的表面最大應變值預報氣球的壓力結果示意圖；

圖2至圖4是球形氣球表面各區(qū)域主應變云示意圖。

具體實施方式：

由織物裁片拼接而成的球形氣球爆破壓力預估方法，它包含如下步驟：

第一步，以球形氣球充氣至可維持球形的最小內壓為初始狀態(tài)，利用非接觸應變測試系統(tǒng)vic-3d測量球形氣球由初始狀態(tài)增加內壓時的表面應變，當球形氣球表面的最大應變達到材料極限應變的15％左右時，測量并記錄球形氣球內壓值及最大應變值，應變測試的區(qū)域選擇在以南緯60度或北緯60度上的任意一點為中心的區(qū)域；

第二步，利用公式計算出校正因子，式中c代表校正因子，p代表初始狀態(tài)內壓，p1代表第一步測量記錄的內壓，ε1代表測量時內壓由p增加至p1時的最大應變，即第一步測量記錄的應變，ε2代表理想球形氣球內壓由零增加到p1-p時的理論應變，即

第三步，利用公式預估球形氣球的爆破壓力，式中p2代表預估球形氣球的爆破壓力，p代表初始狀態(tài)內壓，c代表校正因子，ε3代表球形氣球所用材料的極限應變，p3代表理想球形氣球材料達到極限應變需要的理論壓力，即

實施例一，以半徑2米，由vectran織物裁片拼接而成的球形氣球為例，材料參數(shù)見下表：

理想氣球的表面應力應變之間的關系為：式中，σ代表氣球表面應力,p代表氣球內部壓力,ε代表氣球表面應變,e代表材料彈性模量,t代表材料的厚度，彈性模量取徑向與緯向的平均值，為8.37gpa，材料極限應變?yōu)?.4％，進行預估方法第一步，初始內壓為0.2kpa，當球形氣球表面的最大應變達到材料極限應變的15％左右時，測量并記錄氣球內壓值為8.2kpa，最大應變值0.952％，即ε1；進行預估方法第二步，理想球形氣球內壓由零增加到8kpa時的理論應變?yōu)?.506％，即ε2，計算出校正因子c＝1.88；進行預估方法第三步，材料的極限應變?yōu)?.4％，根據材料參數(shù)可計算出理想球形氣球材料達到極限應變需要的理論壓力為101.24kpa，即p3，計算出預估爆破壓力為54.1kpa；進行爆破試驗，獲得了氣球真實的爆破壓力為59.0kpa，誤差較小。

同時利用多個內壓下的表面最大應變值預報氣球的壓力，結果如圖1：

圖1中rs代表氣球表面測量應變最大值占材料極限應變的百分比，rp代表預報爆破壓力相對于實際的偏差百分比，可以發(fā)現(xiàn)：rs對爆破壓力的預報準確度具有重要的影響；當氣球表面最大的測試應變占材料極限應變的15％左右時，預報的壓力相對于實際的偏差絕對值小于10％。

應變測試的區(qū)域選擇是經過對球形氣球表面各區(qū)域進行測試比較后發(fā)現(xiàn)，在相同壓力下，南緯60度和北緯60度附近區(qū)域的表面應變最大，圖2至圖4可明對比；所以，應變測試的區(qū)域選擇在以南緯60度或北緯60度上的任意一點為中心的區(qū)域。