由织物裁片拼接而成的球形气球爆破压力预估方法与流程

技术领域：

本发明属于充气飞行器技术领域，具体涉及由织物裁片拼接而成的球形气球爆破压力预估方法。

背景技术：
：

系留气球、平流层气球等充气飞行器由于质量轻、空间大、成本低、可回收等优点在航空领域得到了广泛应用，并且具有良好的发展前景；气球的爆破压力是一项重要的性能指标，直接影响气球的安全载重、材料利用率等；现有的球形气球都是由织物裁片拼接的，实际爆破压力与理想球形气球的理论爆破压力相差很大，投入使用前必须获得比较准确的实际爆破压力，然而目前只能通过爆破试验将球形气球真正爆破才能获得实际爆破压力，成本极高，所以需要找到不需要将球形气球真正爆破就能获得实际爆破压力的预估方法。

技术实现要素：
：

本发明的目的是为了解决目前只能通过爆破试验将球形气球真正爆破才能获得实际爆破压力的问题，提供了由织物裁片拼接而成的球形气球爆破压力预估方法，其技术方案如下：

由织物裁片拼接而成的球形气球爆破压力预估方法，它包含如下步骤：

第一步，以球形气球充气至可维持球形的最小内压为初始状态，利用非接触应变测试系统vic-3d测量球形气球由初始状态增加内压时的表面应变，当球形气球表面的最大应变达到材料极限应变的15％左右时，测量并记录球形气球内压值及最大应变值，应变测试的区域选择在以南纬60度或北纬60度上的任意一点为中心的区域；

第二步，利用公式计算出校正因子，式中c代表校正因子，p代表初始状态内压，p1代表第一步测量记录的内压，ε1代表测量时内压由p增加至p1时的最大应变，即第一步测量记录的应变，ε2代表理想球形气球内压由零增加到p1-p时的理论应变，即

第三步，利用公式预估球形气球的爆破压力，式中p2代表预估球形气球的爆破压力，p代表初始状态内压，c代表校正因子，ε3代表球形气球所用材料的极限应变，p3代表理想球形气球材料达到极限应变需要的理论压力，即

本发明的有益效果为：结合数字图像技术非接触测量获取气球表面应变，引入校正因子，建立气球在实际与理想状态下应变与内压之间的关系，运用气球材料极限应变值进行爆破压力的预报，当气球表面最大的测试应变占材料极限应变的15％左右时取值，预报的压力误差绝对值小于10％，是可行的免爆破预报方法。

附图说明：

图1是同时利用多个内压下的表面最大应变值预报气球的压力结果示意图；

图2至图4是球形气球表面各区域主应变云示意图。

具体实施方式：

由织物裁片拼接而成的球形气球爆破压力预估方法，它包含如下步骤：

第一步，以球形气球充气至可维持球形的最小内压为初始状态，利用非接触应变测试系统vic-3d测量球形气球由初始状态增加内压时的表面应变，当球形气球表面的最大应变达到材料极限应变的15％左右时，测量并记录球形气球内压值及最大应变值，应变测试的区域选择在以南纬60度或北纬60度上的任意一点为中心的区域；

第二步，利用公式计算出校正因子，式中c代表校正因子，p代表初始状态内压，p1代表第一步测量记录的内压，ε1代表测量时内压由p增加至p1时的最大应变，即第一步测量记录的应变，ε2代表理想球形气球内压由零增加到p1-p时的理论应变，即

第三步，利用公式预估球形气球的爆破压力，式中p2代表预估球形气球的爆破压力，p代表初始状态内压，c代表校正因子，ε3代表球形气球所用材料的极限应变，p3代表理想球形气球材料达到极限应变需要的理论压力，即

实施例一，以半径2米，由vectran织物裁片拼接而成的球形气球为例，材料参数见下表：

理想气球的表面应力应变之间的关系为：式中，σ代表气球表面应力,p代表气球内部压力,ε代表气球表面应变,e代表材料弹性模量,t代表材料的厚度，弹性模量取径向与纬向的平均值，为8.37gpa，材料极限应变为6.4％，进行预估方法第一步，初始内压为0.2kpa，当球形气球表面的最大应变达到材料极限应变的15％左右时，测量并记录气球内压值为8.2kpa，最大应变值0.952％，即ε1；进行预估方法第二步，理想球形气球内压由零增加到8kpa时的理论应变为0.506％，即ε2，计算出校正因子c＝1.88；进行预估方法第三步，材料的极限应变为6.4％，根据材料参数可计算出理想球形气球材料达到极限应变需要的理论压力为101.24kpa，即p3，计算出预估爆破压力为54.1kpa；进行爆破试验，获得了气球真实的爆破压力为59.0kpa，误差较小。

同时利用多个内压下的表面最大应变值预报气球的压力，结果如图1：

图1中rs代表气球表面测量应变最大值占材料极限应变的百分比，rp代表预报爆破压力相对于实际的偏差百分比，可以发现：rs对爆破压力的预报准确度具有重要的影响；当气球表面最大的测试应变占材料极限应变的15％左右时，预报的压力相对于实际的偏差绝对值小于10％。

应变测试的区域选择是经过对球形气球表面各区域进行测试比较后发现，在相同压力下，南纬60度和北纬60度附近区域的表面应变最大，图2至图4可明对比；所以，应变测试的区域选择在以南纬60度或北纬60度上的任意一点为中心的区域。