论文摘要：基于多场耦合的平流层浮空器耐压性能研究

平流层超压浮空器长期驻留于距离地面20km左右区域，具有滞空时间长、能耗低、覆盖面积大等优势，能够兼具航天器持久运行和航空器实时响应的特点，目前已成为世界各国的研究热点。平流层超压浮空器耐压性能是决定其能否长期驻空运行的先决条件，而浮空器耐压性能受高空热环境、飞行气动载荷、材料热学和力学特性、浮空器结构形式、浮空器加工工艺等因素的综合影响，属于典型的多场耦合问题。开展基于多场耦合的平流层浮空器耐压性能研究，对于解决浮空器高空长期驻留问题，提高浮空器飞行安全性和可靠性，推动平流层浮空器发展具有重要意义。本文以平流层球形超压浮空器为研究对象，通过建立浮空器多场耦合分析模型、数值模拟和数值分析、编制浮空器耐压结构优化算法、地面缩比囊体试验研究等多种途径，开展基于多场耦合的平流层超压浮空器耐压性能研究。

本文首先创新提出了浮空器多场耦合分析模型，包括热特性分析模块、流体力学分析模块、固体力学分析模块和耦合数据传递模块。热特性分析模块建立了合理的三维稳态热分析模型；流体力学分析模块建立了基于Fluent流体分析软件的浮空器气动分析模型；固体力学分析模块建立了基于ABAQUS非线性有限元分析软件的浮空器固体力学分析模型；耦合数据传递模块采用反距离加权平均法和常体积转换法实现耦合接口数据传递。

基于浮空器多场耦合分析模型开展了浮空器耐压性能分析研究。将现有蒙皮材料热学特性和力学特性数据输入分析模型，针对典型的浮空器高空长期驻留工况进行多场耦合分析，获得不同结构形式浮空器的多场耦合分析结果，选出了耐压性能较好的中心辐射拉网结构形式，创新性地解决了现有浮空器结构形式耐压性能较差的问题。

完成了基于遗传算法和多场耦合的浮空器耐压结构设计优化。创新提出了遗传算法和多场耦合相结合的浮空器结构优化方法；以浮空器总重为目标函数，以浮空器耐压能力等关键性能为约束条件进行浮空器结构优化，获得了满足初始条件的浮空器耐压结构最优解。

此外，本文还完成了浮空器耐压性能试验研究。创新设计了合理的浮空器地面缩比试验方案，通过力学试验优选合理的加工工艺，并以此为基础完成缩比试验件加工，通过缩比试验与多场耦合分析结果对比，证实了采用本文方法获得的浮空器结构能够满足高空耐压需求。

通过以上研究，本文获得了可行的平流层浮空器多场耦合分析方法、合理的浮空器耐压结构优化方案和浮空器地面缩比试验方案，对于解决浮空器耐压问题具有一定的参考价值。

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