一种系留气球极限风速静平衡特性地面拖曳模拟试验装置及方法技术领域
本发明属于浮空器试验、试飞领域。具体属于浮空器静平衡特性试验技术领域，适
用于柔性体浮空器的静平衡特性地面试验技术。
背景技术
浮空器极限风速静平衡特性试验是测试浮空器性能的重要手段，目前主要有风洞
试验和真实环境的自由飞试验两种试验方法。
风洞试验技术：飞行器的静平衡特性分析主要手段之一就是以风洞试验数据为基
础进行分析，但由于大、中型系留气球为软式结构，长度可达50m甚至更大，风洞试验时必须
进行模型缩比，但缩比后，模型强度、刚度难以做到完全相似，浮力相似更难以做到，查阅相
关文献及专利，均没有发现软式蒙皮结构的风洞试验相似准则或试验方法，因此无法采用
软式模型风洞试验完成本项工作。
真实环境的自由飞试验：系留气球通过系留缆绳锚泊于地面，无动力系统，因此在
自然条件下，难以直接进行自由飞试验；同时系留气球的抗风能力可达40m/s，这种天气可
遇不可求，因此系留气球的自由飞难以在真实环境中进行模拟。
发明内容
本发明目的是通过地面拖曳试验模拟系留气球的静平衡特性，为系留气球的安全
性设计与预警提供一种有效的、可靠的地面模拟技术。
通过地面拖车拖曳的方法完成系留气球的极限风速静平衡特性分析。试验设计
时，可根据拖车性能、浮力、气动力、重力等因素制定一定的缩比比例(缩比比例不大于5:1，
远远小于风洞试验缩比比例，更加接近真实结果)，而且缩比后的模型保证系留气球所受的
外力及力矩的同等缩比，从而保证静平衡特性可以反映真实系留气球的特性。
拖曳试验时，系留缆绳连接在拖车的绞车上，拖曳试验气球和系留缆绳、绞车、拖
车组成一个整体的拖曳试验系统，通过拖车行驶速度模拟拖曳试验气球受到的风速，分析
风速对拖曳试验气球的影响。
本发明的技术方案为：
所述一种系留气球极限风速静平衡特性地面拖曳模拟试验装置，其特征在于：包
括系留气球缩比模型(13)和拖曳车辆(6)；
所述系留气球缩比模型(13)的模型缩比比例不大于5:1；拖曳车辆(6)上安装有绞
车(7)，绞车(7)通过缆绳(8)连接旋转连接器(11)，旋转连接器(11)通过索具(10)连接系留
气球缩比模型(13)；系留气球缩比模型(13)前端安装有头锥(12)；
拖曳车辆(6)上安装有支撑平台(9)，支撑平台(9)上安装有风速风向仪(1)、系留
塔(2)、气垫(5)；风速风向仪(1)测量环境风向和风速；系留塔(2)及气垫(5)用于回收支撑
并锁定系留气球缩比模型(13)。
所述一种系留气球极限风速静平衡特性地面拖曳模拟试验方法，其特征在于：包
括以下步骤：
步骤1：在地面对拖曳模拟试验装置进行全系统检查；
步骤2：将系留气球缩比模型(13)与拖曳车辆(6)组装，释放系留气球缩比模型
(13)，并通过缆绳调节系留气球缩比模型(13)的升空高度；
步骤3：拖曳车辆(6)启动，并加速达到要求的试验速度，保持速度稳定后，控制系
统记录试验数据；
步骤4：当达到试验要求的数据量后，拖曳车辆(6)减速至停车，通过绞车(7)和缆
绳(8)将系留气球缩比模型(13)回收支撑并锁定在拖曳车辆(6)上；
步骤5：根据记录的试验数据，依据缩比准则分析系留气球的静平衡特性和载荷特
性。
有益效果
根据本项发明，可使系留气球的缩比比例减小，在系留气球较小或者拖车动力足
够的情况下，甚至不用做到缩比，即可采用真实系留气球进行拖曳，即使进行缩比，其缩比
比例也较小，缩比比例不大于5:1，远远小于风洞试验缩比比例(前期进行的风洞试验缩比
比例达到45：1)，更加接近真实结果，且可以模拟缆绳、浮力、重力以及相关力矩等，比风洞
试验更为真实；依靠缩比准则(气动力、重力、浮力及相关力矩的同等缩比)建立缩比模型的
受力特性，其试验结果可以反映真实系留气球的静平衡特性(俯仰角变化)；不仅如此，通过
本项技术，也可以分析缆绳、升空高度、内压等对系留气球静平衡特性的影响，提高系留气
球安全性设计的水平。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变
得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得
明显和容易理解，其中：
图1：本发明拖曳模拟试验装置示意图；
其中：1、风速风向仪；2、系留塔；3、风速风向仪安装支架；4、对系留气球流场有影
响的附加物；5、气垫；6、拖曳车辆；7、绞车；8、缆绳；9、支撑平台；10、索具；11、旋转连接器；
12、头锥；13、系留气球缩比模型。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终
相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附
图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明通过地面拖车拖曳的方法完成系留气球的极限风速静平衡特性分析。试验
设计时，可根据拖车性能、浮力、气动力、重力等因素制定一定的缩比比例(缩比比例不大于
5:1，远远小于风洞试验缩比比例，更加接近真实结果)，而且缩比后的模型保证系留气球所
受的外力及力矩的同等缩比，从而保证静平衡特性可以反映真实系留气球的特性。
拖曳试验时，系留缆绳连接在拖车的绞车上，拖曳试验气球和系留缆绳、绞车、拖
车组成一个整体的拖曳试验系统，通过拖车行驶速度模拟拖曳试验气球受到的风速，分析
风速对拖曳试验气球的影响。
如图1所示，系留气球极限风速静平衡特性地面拖曳模拟试验装置，包括系留气球
缩比模型(13)和拖曳车辆(6)；
所述系留气球缩比模型(13)的模型缩比比例3.208：1；拖曳车辆(6)采用半挂车；
其上安装有绞车(7)，绞车(7)通过缆绳(8)连接旋转连接器(11)，旋转连接器(11)通过索具
(10)连接系留气球缩比模型(13)；系留气球缩比模型(13)前端安装有头锥(12)；
拖曳车辆(6)上安装有支撑平台(9)，支撑平台(9)上安装有风速风向仪(1)、系留
塔(2)、气垫(5)；风速风向仪(1)测量环境风向和风速；系留塔(2)及气垫(5)用于回收支撑
并锁定系留气球缩比模型(13)。
系留气球缩比模型(13)包括主气囊、尾翼、整流罩(吊舱等)、压力调节设备、电源
设备、球上测控设备等。
利用上述装置，进行系留气球极限风速静平衡特性地面拖曳模拟试验的方法包括
以下步骤：
步骤1：在地面对拖曳模拟试验装置进行全系统检查；
步骤2：将系留气球缩比模型(13)与拖曳车辆(6)组装，释放系留气球缩比模型
(13)，并通过缆绳调节系留气球缩比模型(13)的升空高度；
步骤3：拖曳车辆(6)启动，并加速达到要求的试验速度，保持速度稳定后，由拖车
上的操控员发出指令，控制系统记录试验数据；
步骤4：当达到试验要求的数据量后，拖曳车辆(6)减速至停车，通过绞车(7)和缆
绳(8)将系留气球缩比模型(13)回收支撑并锁定在拖曳车辆(6)上；
步骤5：根据记录的试验数据，依据缩比准则分析系留气球的静平衡特性和载荷特
性。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例
性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨
的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。