申请/专利权人：北京航空航天大学

申请日：2023-12-27

公开（公告）日：2024-03-15

公开（公告）号：CN117708992A

主分类号：G06F30/15

分类号：G06F30/15;G06F30/20;G06F30/28;G06F113/08;G06F119/08;G06F119/14

优先权：

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2024.04.16#实质审查的生效;2024.03.15#公开

摘要：本发明公开了一种浮空器昼夜平衡高度计算方法，包括：计算浮空器内部氦气的平均温度、计算浮空器内压、计算浮空器内外压差ΔP、更新浮空器形变后的体积V、根据浮重平衡更新浮空器平衡后的高度h、计算内外压差ΔP'、根据得到的更新后的内外压差ΔP'，计算内外压差ΔP'与内外压差ΔP的差值，将该差值与给定误差阈值进行比较等步骤，并根据该对比结果确定最终平衡高度或者继续迭代。通过将浮空器体积与高度的耦合效应解耦，并考虑浮空器在昼夜太阳辐照环境变化所致的结构变形，经由有限次的迭代计算，获得了较为准确的浮空器昼夜平衡高度，与现有动态求解方法相比，有效提高了浮空器平衡高度求解的计算效率。

主权项：1.一种浮空器昼夜平衡高度计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：基于当前浮空器飞行高度h、纬度、日期、当前时刻t外部条件，计算浮空器内部氦气的平均温度T；步骤S2：假设浮空器内部氦气遵循理想气体状态方程，根据理想气体状态方程计算浮空器内压： 其中，mhe为浮空器内部氦气质量，R为摩尔气体常数，V为浮空器体积；步骤S3：计算浮空器内外压差ΔP；具体包括：1结合浮空器当前的飞行高度h，基于美国标准大气模型计算得到浮空器外部的大气压力Patmh为： 2根据浮空器内部压力Pin和外部压力Patmh，得到内外压差ΔP； 步骤S4：基于将浮空器的膨胀收缩过程视为恒温膨胀收缩的准稳态过程假设，根据柔性膜结构变形理论，更新浮空器形变后的体积V；其中，临近空间浮空器的膜结构变形采用薄壳无矩理论推导，将飞艇囊体表面离散为三角形膜单元，各薄膜结构单元的非线性方程可表示为：KL+KNLΔU＝R-F其中，KL为膜单元线性刚度矩阵，KNL为膜单元非线性刚度矩阵，ΔU为各个节点的位置变化，R为膜单元载荷向量，F为膜单元等效节点力方向，通过求解各个节点的位置变化，即可获得浮空器形变后的体积V，并以该体积更新浮空器形变后的体积V；步骤S5：根据浮重平衡更新浮空器平衡后的高度h；浮空器所受到的浮力可表示为B＝ρatmhgV，其中，ρatmh为高度h处的大气密度，g为重力加速度；根据美国标准大气模型，大气温度Tatm和气压Patm可分别表示为： 因此，大气密度ρatmh可表示为： 其中，Rm_atm为大气的摩尔气体常数。浮空器所受重力为G＝mg，其中m为浮空器的质量；当浮重平衡时，有ρatmhgV＝mg，可得高度即密度关于高度的函数的反函数为： 联立公式1、2和3，即可计算得到高度h；步骤S6：根据理想气体状态方程更新浮空器形变后的内压Pin，结合飞行高度h下的外界大气压力Patmh，计算内外压差ΔP'；该过程同样基于步骤S4中将浮空器的膨胀收缩过程视为恒温膨胀收缩的准稳态过程假设；步骤S7：根据步骤S6中得到的更新后的内外压差ΔP'，计算内外压差ΔP'与内外压差ΔP的差值，将该差值与给定误差阈值进行比较；1若该差值在给定误差阈值内，则判定浮空器形变达到稳定状态，对应的平衡高度h即为在时刻t时稳定后的最终平衡高度；2反之，则判定浮空器形变未达到稳定状态，重新设定内外压差为并重复步骤S3～S7，直至内外压差ΔP'与内外压差ΔP的差值在误差范围内，此时对应的平衡高度h即为在时刻t时稳定后的最终平衡高度。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 北京航空航天大学 一种浮空器昼夜平衡高度计算方法

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD