张 宇, 王晓亮

(上海交通大学 航空航天学院，上海 200240)

飞艇能完成诸如通信、侦察、运输等任务，在军事和民事应用中具有巨大的前景.2009年3月，上海交通大学“致远一号”飞艇验证艇在苏州成功试飞，验证了导航控制、数传、测控等技术方案的可行性，随后于同年11月完成飞行试验[1].2014年，美国国家航空航天局(NASA)开展了“平流层飞艇设计”竞赛，目标是以平流层飞艇代替卫星[2].2015年，北京航空航天大学在内蒙古成功开展了平流层飞艇的长时留空试验[3].飞艇从结构上分为硬式飞艇、软式飞艇和半硬式飞艇[4].其中，软式飞艇不含内部骨架，艇身由柔性蒙皮材料组成，通过在气囊内注入氦气形成内外压差从而维持外形.与同体积的硬式飞艇相比，软式飞艇基于内外压差成型，易于制造和保养，且由于不含内部骨架、自重较轻、能携带更多的任务载荷，所以小型飞艇多为软式飞艇.但由于软式飞艇的结构特点，内外压差不易维持容易导致其流固耦合现象明显.

对软式飞艇而言，其流固耦合现象主要来源于蒙皮薄膜结构，针对薄膜结构的流固耦合分析方法已经获得了较好地发展.Lee等[5]通过求解三维Navier-Stokes(N-S)方程获得气动力，结构分析采用共旋有限元和共旋壳单元方法，分析了流固耦合效应对微型机器人薄膜扑翼推进性能的影响.De Nayer等[6]对一充气柔性膜结构在不同来流雷诺数下的瞬时响应进行了数值模拟，流场由大涡模拟获得.在飞艇的应用方面，Bessert等[7]通过流体求……