(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211013966.X (22)申请日 2022.08.23 (71)申请人 中国科学院空天信息创新研究院 地址 100094 北京市海淀区邓庄南路9号 申请人 齐鲁空天信息 研究院 (72)发明人 骞航　张泰华　张冬辉　王梓皓　 黄涛　吕静　 (74)专利代理 机构 北京路浩知识产权代理有限 公司 11002 专利代理师 耿琦 (51)Int.Cl. G06F 30/10(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 111/04(2020.01) (54)发明名称 超压气球的形状 设计方法、 装置设备及存储 介质 (57)摘要 本发明涉及浮空器技术领域， 提供一种超压 气球的形状设计方法、 装置、 设备及存储介质。 所 述方法包括： 获取双向受拉的超压气球的外部参 数； 所述外部参数包括载重量和超压量； 根据所 述外部参数构建所述超压气球的母线 ‑应力方程 组； 根据所述母线 ‑应力方程组， 对所述超压气球 进行受力平衡 分析， 确定所述超压气球的形状参 数； 所述形状参数包括母线形状； 根据所述形状 参数设计所述超压气球的形状。 通过构建母线 ‑ 应力方程， 在设计超压气球的形状时， 考虑了超 压其求在双向受拉的条件下的载荷和边界条件， 解决了正球形的超压气球在双向受拉条件下， 需 要通过变形适应载荷和边界条件， 容易出现应力 集中和球膜薄弱区域的问题， 使应力分布更加合 理。 权利要求书2页 说明书10页 附图2页 CN 115470538 A 2022.12.13 CN 115470538 A 1.一种超压气球的形状设计方法， 其特 征在于， 包括： 获取双向受拉的超压气球的外 部参数； 所述外 部参数包括载重量和超压量； 根据所述外 部参数构建所述超压气球的母线 ‑应力方程组； 根据所述母线 ‑应力方程组， 对所述超压气球进行受力平衡分析， 确定所述超压气球的 形状参数； 所述形状参数包括母线形状； 根据所述形状参数设计所述超压气球的形状。 2.根据权利要求1所述的超压气球的形状设计方法， 其特征在于， 所述根据所述母线 ‑ 应力方程组， 对所述超压气 球进行受力平衡分析， 确定所述超压气球的形状参数的步骤， 包 括： 以任一垂直于所述超压气球的回转轴的目标平面， 将所述超压气球截成上球体部分和 下球体部分； 获取所述目标平面的平面参数和所述超压气球的属性参数； 所述属性参数包括所述超 压气球的球膜自重和膜面密度； 所述平面参数包括所述目标平面和所述超压气 球的截面圆 的半径， 以及在所述截面圆与所述超压气球的母线的交点处， 所述母线的切线与所述超压 气球的回转轴的目标夹角； 基于所述平面参数和所述超压气球的属性参数， 根据所述母线 ‑应力方程组， 对所述下 球体部分进行受力平衡分析， 确定所述超压气球的形状参数。 3.根据权利要求2所述的超压气球的形状设计方法， 其特征在于， 所述基于所述平面参 数和所述超压气 球的属性参数， 根据所述母线 ‑应力方程组， 对所述下球体部分进 行受力平 衡分析， 确定所述超压气球的形状参数的步骤， 包括： 对所述下球体部分进行受力平衡分析， 基于所述超压气球的球膜自重， 构建所述下球 体部分的受力平衡方程； 基于薄膜无力矩理论， 根据 所述超压气球的膜面密度， 构建所述超压气球的应力 ‑曲率 半径方程； 根据所述受力平衡方程和所述应力 ‑曲率半径方程， 确定所述超压气球的子午向应力 方程； 根据所述母线 ‑应力方程组和所述应力 ‑曲率半径方程， 确定所述超压气球的第 一曲率 半径； 基于对所述第 一曲率半径的预设约束条件， 确定所述超压气球的周向应力的目标约束 条件； 根据所述子午向应力方程和所述目标约束条件， 对所述母线 ‑应力方程组进行数值求 解， 得到所述超压气球的形状参数。 4.根据权利要求3所述的超压气球的形状设计方法， 其特征在于， 所述受力平衡方程 为： 2 πrσmcosθ ＝L+πr2P+Mh； 其中， σm为所述超压气球的子午向应力、 r为所述截面圆的半径、 θ为所述目标夹角、 L为 所述超压气球的外部参数中 的载重量、 P为所述超压气球的超压量、 Mh为所述下球体部分的 球膜自重； Mh根据所述超压气球的球膜自重得到 。 5.根据权利要求4所述的超压气球的形状设计方法， 其特征在于， 所述应力 ‑曲率半径 方程为：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115470538 A 2其中， σc为所述超压气球的周向应力、 R1为沿所述超压气球母线上任一目标点的第一曲 率半径、 R2为沿所述目标点的第二曲率半径、 z为所述截面圆相对于所述超压气球的底部的 高度； 所述目标点为所述超压气球的母线上的任一点； w＝ρ g， ρ为所述超压气球的膜面密 度、 g为重力加速度。 6.根据权利要求4所述的超压气球的形状设计方法， 其特征在于， 所述子午向应力方程 为： 7.根据权利要求3所述的超压气球的形状设计方法， 其特征在于， 所述第 一曲率半径的 预设约束条件为： R1>0； 所述超压气球双向受拉 时， 所述超压气球的球顶和球底的受拉方向 与所述超压气球 的回转轴平行； 所述超压气球 的球膜任意位置处的子午向应力σm>0； 所述 超压气球的周向应力的目标约束条件为： n为大于1的正整数； θ0为所述截 面圆在所述超压球体的球底时， 所述截 面圆与所述超压 气球的母线的交点处， 所述母线的切线与所述超压气球的回转轴的目标夹角。 8.一种超压气球的形状设计装置， 其特 征在于， 包括： 参数获取模块， 用于获取双 向受拉的超压气球的外部参数； 所述外部参数包括载重量 和超压量； 方程构建模块， 用于根据所述外 部参数构建所述超压气球的母线 ‑应力方程组； 受力分析模块， 用于根据所述母线 ‑应力方程组， 对所述超压气球进行受力平衡分析， 确定所述超压气球的形状参数； 所述形状参数包括母线形状； 形状设计模块， 用于根据所述形状参数设计所述超压气球的形状。 9.一种电子设备， 包括存储器、 处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运 行的计算机程序， 其特征在于， 所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任一项所 述超压气球的形状设计方法。 10.一种非暂态计算机可读存储介质， 其上存储有计算机程序， 其特征在于， 所述计算 机程序被处 理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述超压气球的形状设计方法。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115470538 A 3