Page 61 - 《真空与低温》2026年第1期

58 真空与低温 第 32 卷 第 1 期

F: 紧急转弯
D: 垂直爬升 类型: 总变形/mm
类型: 总变形/mm 时间: 1 s
时间: 1 s 2025/11/12 10:10
2025/11/12 10:08 0.959 48 最大
0.457 59 最大 0.852 87
0.406 75 0.746 27
0.355 90 0.639 66
0.305 06 0.533 05
0.254 22 0.426 44
0.203 38 0.319 83
0.152 54 MAX 0.213 22 MAX
0.101 69 0.106 62
0.050 852 自动 7.982 3×10 −6 自动
（a）垂直爬升 （b）紧急转弯
E: 紧急着陆 G: 硬着陆
类型: 总变形/mm 类型: 总变形/mm
时间: 1 s 时间: 1 s
2025/11/12 10:09 2025/11/12 10:11
0.435 75 最大 1.377 5 最大
0.387 33 1.224 40
0.338 92 1.071 40
0.290 50 0.918 33
0.242 09 0.765 27
0.193 67 MAX 0.612 22
0.145 25 0.459 16
0.196 836 0.306 11 MAX
0.048 42 0.153 06
3.474 4×10 −6 自动 2.257 9×10 −6 自动
（c）紧急着陆 （d）硬着陆
图 8 不同飞行姿态下液氢储罐变形分布
Fig. 8 Deformation distribution of liquid hydrogen tank under different conditions flight attitudes

内封头 核结果如图 11 所示。可以看出，两条分析路径的
2025/12/2 14:50
A 内开头 最大校核强度值远远小于 1，说明该玻璃钢支撑结
B 内封头 构可以保证储罐在实际使用过程中的安全。

A-1
A-2
2-2
B-2
B-1
1-1
A-1
A-2

B-1
B-2
图 9 液氢储罐应力路径
图 10 玻璃钢强度校核路径
Fig. 9 Stress analysis path of liquid hydrogen storage tank
Fig. 10 Stress path of epoxy fiberglass

表 9 液氢储罐应力校核结果 2.3 基于响应面的轻量化改进
Tab. 9 Stress results for liquid hydrogen storage tank 无人机对起飞质量有严格要求，自重更小的液

校核项目 许用应力值/MPa 计算应力值/MPa 校核结果 氢储罐有利于节约材料、降低设计成本，也能进
路径 A 274.30 40.89 合格 一步增大容积，提高无人机的续航时间。本文将使
路径 B 137.15 55.36 合格 用 ANSYS 中 Design Exploration 区域中的响应面分
析方法对液氢储罐开展轻量化改进。
玻璃钢支撑作为各向异性材料，选用 Tsai-Hill 2.3.1 轻量化数学模型
强度理论进行校核。分别提取玻璃钢支撑的轴向 轻量化数学模型包括 3 部分：设计变量、状态
应力、径向应力、周向应力以及三向剪应力，代入 变量和目标函数。考虑到双层储罐的结构特殊性，
式（9）中计算，强度校核值随路径如图 10 所示和校 为简化计算，在采用参数化建模时固定真空夹层的