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錐是系留氣球球體分系統(tǒng)的一個重要結(jié)構(gòu)部件，其主要作用有兩方面：一是在系留氣球處于地面錨泊狀態(tài)時，將其固定約束在系留塔上，二是在氣球處于空中停留狀態(tài)時，減少風速過高對艇首蒙皮的影響具體來說，當氣球在空中停留時，鼻錐將艇首所受的氣動載荷均勻地傳遞給主氣囊，維持氣球頭部良好的氣動外形，而對于在地面系留時產(chǎn)生的載荷，頭錐通過錐體以彎曲、拉壓等形式傳遞給主氣囊，錐體在總體上可以起承受彎曲、剪切和拉壓的作用，主氣囊所受的氣動載荷則通過錐體以集中力的形式傳遞給系留塔，并與系留塔產(chǎn)生的支反力相平衡。
早期設(shè)計的系留氣球、飛艇等浮空器的鼻錐結(jié)構(gòu)，通常有以下兩種類型：
1)大型鼻錐：這種結(jié)構(gòu)與艇首蒙皮的連接采用長曲線形、沿艇體方向向后延伸的硬式桁架結(jié)構(gòu)，因此質(zhì)量較大，而且造價較高，所以一般僅在大型系留氣球上采用。
2)小型鼻錐：這種結(jié)構(gòu)去除了沿艇體方向的硬式桁架，減輕了質(zhì)量，但強度也有所下降，一般適用于小型系留氣球。此不難想象即便沒有其它載荷，艇囊也將發(fā)生向外的整體膨脹變形。而在這里，作用有壓差的同時，還增加了作用在鼻錐頂部的集中力，在這兩種載荷的聯(lián)合作用下，艇囊蒙皮無疑將發(fā)生更為復(fù)雜的變形，尤其是在艇囊和鼻錐拉索的連接處以及艇首與圓座圈的綁扎處，都將發(fā)生局部的變形。這里給出整體變形云圖如圖所示，連接處的局部變形云圖如圖所示。最大變形為31.3ｍｍ，發(fā)生在艇首前端連接處。
3)鼻錐的模態(tài)與應(yīng)力分布單獨對鼻錐結(jié)構(gòu)進行有限元分析-模態(tài)分析可得，其前十階固有頻率如下表所示，從中可以看出，其低階頻率都高于100Ｈｚ，因此不必擔心其與系留氣球整體發(fā)生共振。同時，由于此時鼻錐結(jié)構(gòu)主要承受固定連接時所產(chǎn)生的集中載荷，因此需要注意其受力大小及應(yīng)力分布情況。從下圖中可以看到結(jié)構(gòu)具體的應(yīng)力分布，其最大應(yīng)力發(fā)生在錐頂，大小為24.7ＭＰａ。
從艇首蒙皮的變形結(jié)果可以看出，其最大變形位置發(fā)生在蒙皮與鼻錐的連接處，這與實際情況是相符合的。變形的大小也在合理范圍之內(nèi)，不會對艇囊造成破壞。同樣，從鼻錐結(jié)構(gòu)的應(yīng)力云圖中也不難發(fā)現(xiàn)，不論是鋁合金部分還是滌綸拉索，其最大應(yīng)力都在許用應(yīng)力范圍內(nèi)，因此不會對結(jié)構(gòu)造成損壞。
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