復雜大氣環(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)集團公司產學研合作項目:復雜大氣環(huán)境條件下氣囊氣密性檢測方法。主要針對中國特種飛行器研究所浮空氣囊進行氣密性檢測方法研究。
　　氣密性是浮空器一項重要的技術指標，它關系著浮空器安全、留空時間及使用成本。然而，氣囊氣密性的檢測，尤其是復雜大氣環(huán)境溫度變化下浮空氣囊氣密性檢測是一項難點。傳統的辦法是對氣囊內部充空氣使其壓強超過外界大氣壓強，然后，檢測某一段時間內氣囊內部與外界大氣壓強差的變化值，利用理想氣體狀態(tài)

2、方程，推導氣囊內部氣體泄漏量。但考慮到外界溫度、太陽輻射等環(huán)境變化，會對氣囊內部氣體產生影響，從而對氣囊內部與外界大氣壓強差產生影響，其影響量甚至大于氣囊內氣體泄漏本身產生的影響。
　　因此，需要開展復雜大氣環(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系，建立數學模型，從而計算出氣囊的泄漏量。本文的主要研究工作和成果總結如下:
　　1、為了解決實際浮空氣囊尺度太大，幾千立方米到幾十萬立方米

3、，建立實際氣囊檢測平臺不現實，故通過有限元仿真方法開展研究，首先對蒙皮熱特性進行了研究，其次對無泄漏浮空氣囊不同工況下定點過程、不同海拔高度和升空過程中的熱特性進行了研究，得出任意時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外壓差、內部氣體密度和內部氣體溫度分布及隨時間變化的規(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系式。并外

4、推到一款直徑50m的實際浮空氣囊泄漏仿真計算。
　　3、研究了浮空氣囊的充氣和放氣特性。針對現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，并申請發(fā)明專利獲得授權(專利號:2013107391232)，該方法首先通過對模型氣囊在不同溫度及壓差變化下一段時間內的泄漏量進行仿真計算，將其數據進行數學建模，得到泄漏量和其溫度、壓差變化之間的關系式;然后搭建實驗平臺建立可控的泄漏通道，對不同泄漏量和溫度及壓差變化進行測量

5、，進而得到大量的測量數據，利用這些數據對仿真模型進行驗證和修正;進一步把仿真方法外推到任意實際氣囊，可得到相應的數學模型，該模型只要測量實際氣囊一段時間內溫度及壓差的變化就可精確計算浮空氣囊的泄漏量。
　　4、針對目前國內外尚無浮空氣囊泄漏檢測實驗裝置，基于浮空氣囊定量泄漏檢測方法提出了實驗思路和實驗平臺方案，運用理論分析和數值模擬方法開發(fā)了一套新型的實驗裝置，并進行了氣路系統設計、總控硬件設計及采集系統軟件開發(fā)。同時對實驗裝置精

6、度進行了分析及不確定度評定。并申請發(fā)明專利浮空氣囊檢漏試驗臺獲得授權（專利號:2013107328563）和浮空氣囊檢漏試驗臺風源發(fā)生裝置進入實審(專利號:2013107328332)。
　　5、運用浮空氣囊實驗平臺安排實驗進一步研究浮空氣囊泄漏問題。采用正交試驗法安排環(huán)境溫度T、初始壓差P和泄漏時間t進行實驗，對實驗數據采用極差分析法，分析影響因素的顯著性，并運用逐步回歸方法建立了泄漏量與各項因素之間的最優(yōu)回歸方程。根據最優(yōu)回歸