唐旭 张红英 陈建平 童明波 宋海洋

（1 南京航空航天大学航空学院，南京210016）

（2 中国人民解放军JHJ装备部驻武汉地区J事代表局驻武汉地区第五J事代表室，武汉430000）

0 引言

硬式飞艇一般由刚性骨架和外罩蒙皮构成，艇体骨架内安装一系列密闭的氦气囊[1-3]。氦气囊内部充氦气用于产生净升力，其安全性事关整艇安全。飞艇升空前，飞艇内部的氦气囊充气比例（饱和度）小于100%，氦气囊是非饱和的[4-6]，这就给飞艇氦气囊的结构、氦气囊间的约束方式以及浮心和重心的确定带来了极大困难。因此，深入研究飞艇氦气囊的非饱和形态，对硬式飞艇设计显得尤为重要。

近年来，学者们展开了许多对浮空器囊体的非饱和形态研究。文献[7]采用修正褶皱单元的本构矩阵方程的方法，对非饱和氦气球的褶皱区域进行处理，与地面充氦试验对比效果较好；文献[8]采用压差梯度法，研究了不同零压面位置的柔性飞艇形状的变化规律，分析结果与试验结果吻合较好；文献[9]基于最小势能法，对自然形高空气球的非饱和形态进行了研究。

上述研究均是对模型进行了一定程度的简化，且未充分考虑囊内外气体对气囊的耦合作用，实际上对于飞艇气囊这一大曲率、大体积柔性充气结构，其流固耦合效应十分显著。囊体充气、泄气过程是典型的流固耦合过程，任意拉格朗日–欧拉（ALE）法可以有效处理囊体类柔性结构与流体间的非线性耦合问题[10-13]。文献[14]采用ALE方法模拟了安全气囊展开和冲击过程；……