超压气球的数值求解方法、装置、设备及存储介质与流程
1.本发明涉及浮空器技术领域，尤其涉及一种超压气球的数值求解方法、装置、设备及存储介质。
背景技术：
2.高空气球作为一种应用较为广泛的高空浮空器，由于具有飞行高度高、成本低、准备周期短、易于灵活实施等优点，已经成为空间科学观测和技术发展的主要工具。然而，由于现有的单一零压气球系统难以实现长时间飞行，单一大型超压气球系统能开展飞行任务的环境条件有限，且大型超压气球技术仍有待完善，高空气球的工作能力和使用范围受到了极大的限制。因此，出现了临近空间串联浮空器系统，充分利用零压气球和超压气球的优势，通过合理的参数设计，解决现有的高空气球飞行时间短、载荷能力弱等问题。
3.临近空间串联浮空器系统主要依赖超压气球作为“浮子”能够承受较大的压差，从而在不同高度、温度条件下保持形状，弥补作为主气球的零压气球的不足，因此作为“浮子”的超压气球在临近空间串联浮空器系统中十分重要。在现有的光滑旋成的超压气球中，正球体是最常用的形状，具有体积表面积比最大的优点，提供相同的浮力时，球体自重最小，然而当压差一定时，正球体的球膜应力随着气球尺寸的增加而增大，不适用于大型超压气球。此外，考虑到超压气球的压差很大，球膜承受的应力主要是由超压引起的，因此，现有的超压气球在设计时均未考虑负载情况。但在实际应用中，超压气球底部载重会导致球体产生较大的变形，产生严重的应力集中和球膜的薄弱区域，影响应力分布的合理性。
技术实现要素：
4.本发明提供一种超压气球的数值求解方法，用以解决现有技术中正球形的超压气球在设计时未考虑载重量，影响超压气球的应力分布合理性的技术问题。
5.本发明提供一种超压气球的数值求解方法，包括：
6.获取待求解的超压气球的常量参数；所述常量参数包括所述超压气球的目标体积、超压量、球膜面密度和载重量；
7.根据所述常量参数构建所述超压气球对应的正球形的母线-应力方程组；
8.获取所述母线-应力方程组的初始值和预设的终止条件，基于所述初始值和所述终止条件，对所述母线-应力方程组进行迭代求解，得到所述超压气球的目标参数。
9.根据本发明提供的一种超压气球的数值求解方法，所述终止条件包括体积差阈值，所述初始值包括所述超压气球的母线弧长；所述基于所述初始值和所述终止条件，对所述母线-应力方程组进行迭代求解，得到所述超压气球的目标参数的步骤，包括：
10.基于所述初始值对所述母线-应力方程组进行求解，得到所述超压气球的第一终值；
11.确定所述第一终值对应的所述超压气球的预估体积与所述目标体积的体积差值；
12.判断所述体积差值是否大于所述终止条件中的体积差阈值；
13.若所述体积差值大于所述终止条件中的体积差阈值，则将所述初始值中的母线弧长减去预设弧长值，返回并执行所述基于所述初始值对所述母线应力方程组进行求解，得到所述超压气球的第一终值的步骤；直到所述体积差值小于等于所述终止条件中的体积差阈值时，根据所述第一终值得到所述超压气球的目标参数。
14.根据本发明提供的一种超压气球的数值求解方法，所述母线-应力方程组中包括第一截面圆的半径；所述第一截面圆为沿所述正球形母线上任一点且垂直于所述正球形的回转轴的任一截面圆；所述初始值还包括所述超压气球的球底角度，所述终止条件还包括半径差阈值。
15.根据本发明提供的一种超压气球的数值求解方法，所述基于所述初始值对所述母线-应力方程组进行求解，得到所述超压气球的第一终值之后，还包括：
16.根据所述第一终值确定所述超压气球的第二截面圆的半径，并计算所述第二截面圆的半径与所述第一截面圆的半径的半径差值；所述第二截面圆在所述超压气球中的高度，与所述第一截面圆在所述正球形中的高度相同；所述第二截面圆为沿所述超压气球的母线上任一点且垂直于所述超压气球的回转轴的截面圆；
17.若所述半径差值大于所述终止条件中的半径差阈值，或者，所述第二截面圆的最小半径小于0，则将所述初始值中的球底角度减去预设角度值，返回并执行所述基于所述初始值对所述母线-应力方程组进行求解，得到所述超压气球的第一终值的步骤；直到所述半径差值小于等于所述终止条件中的半径差阈值，且所述第二截面圆的最小半径大于等于0时，执行所述判断所述体积差值是否大于所述终止条件中的体积差阈值的步骤。
18.根据本发明提供的一种超压气球的数值求解方法，所述母线-应力方程组为：
[0019][0020]
其中，σm为所述超压气球的子午向应力、σc为所述超压气球的周向应力、r为沿所述正球形母线上任一点，且垂直于所述正球形回转轴的截面圆的半径；w＝ρg，ρ为所述超压气球的球膜面密度，g为重力加速度；p为所述超压气球的超压量、s为所述超压气球的母线弧长、z为所述正球形的高度、a为所述正球形的表面积、v为所述超压气球的目标体积。
[0021]
根据本发明提供的一种超压气球的数值求解方法，所述超压气球的周向应力满足：
[0022][0023]
n为大于1的正整数，θ0为所述超压气球的球底角度、p
max
表示所述超压气球的最大超压量。
[0024]
根据本发明提供的一种超压气球的数值求解方法，所述目标参数包括所述超压气球的母线形状。
[0025]
本发明还提供一种超压气球的数值求解装置，包括：
[0026]
参数采集模块，用于获取待求解的超压气球的常量参数；所述常量参数包括所述超压气球的目标体积、超压量和球膜面密度；
[0027]
方程构建模块，用于根据所述常量参数构建所述超压气球对应的正球形的母线-应力方程组；
[0028]
数值求解模块，用于获取所述母线-应力方程组的初始值和预设的终止条件，基于所述初始值和所述终止条件，对所述母线-应力方程组进行迭代求解，得到所述超压气球的目标参数。
[0029]
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述超压气球的数值求解方法。
[0030]
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述超压气球的数值求解方法。
[0031]
本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述超压气球的数值求解方法。
[0032]
本发明提供的超压气球的数值求解方法、装置、设备即存储介质，通过获取待求解的超压气球的目标体积、超压量、球膜面密度和载重量等常量参数，并构建正球形的母线-应力方程组；基于获取的初始值和终止条件对构建母线-应力方程进行迭代求解，将对超压气球的形状参数的求解转化为边值问题的数值求解，得到满足条件的超压气球形状的目标参数。基于该目标参数在设计超压气球的形状时，考虑了超压气球双向受拉的载荷和边界条件，使得求解得到的超压气球的形状相比于正球形的超压气球，在双向受拉的载荷条件下，整体的应力分布更加合理。
附图说明
[0033]
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0034]
图1是本发明提供的超压气球的数值求解方法的流程示意图之一；
[0035]
图2是本发明提供的超压气球的数值求解方法的流程示意图之二；
[0036]
图3是本发明提供的超压气球的数值求解装置的结构示意图；
[0037]
图4是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
[0038]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳
动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0039]
下面结合图1-图2描述本发明的超压气球的数值求解方法。
[0040]
参照图1，图1为本技术实施例提供的超压气球的数值求解方法的流程示意图之一，基于图1，本技术实施例提供的超压气球的数值求解方法包括：
[0041]
步骤100，获取待求解的超压气球的常量参数；所述常量参数包括所述超压气球的目标体积、超压量、球膜面密度和载重量；
[0042]
步骤200，根据所述常量参数构建所述超压气球对应的正球形的母线-应力方程组；
[0043]
步骤300，获取所述母线-应力方程组的初始值和预设的终止条件，基于所述初始值和所述终止条件，对所述母线-应力方程组进行迭代求解，得到所述超压气球的目标参数。
[0044]
在本实施例中，超压气球的数值求解方法用于双向受拉的载荷条件下的超压气球的形状参数的求解，特别是光滑旋成的超压气球；基于自然形即正球形气球的母线方程，选择恰当的周向应力值，将母线方程变成一阶隐式非线性常微分方程，根据初值条件和终值条件进行边值问题求解，从而获取超压气球形状设计所需的目标参数。基于该目标参数设计的超压气球的形状，作为临近空间串联浮空器系统的“浮子”超压气球时，相比于正球形的超压起球的应力分布更加合理。具体地，在使用正球形超压气球进行系统设计从而确定超压气球的相关参数后，在正球形超压气球的基础上进行形状求解，得到的气球形状在保证气球体积不变、且不影响浮空器系统总体设计参数的情况下，在设计超压气球的形状时考虑到载荷条件，使超压气球在球底、球顶处的应力分布相比正球形超压气球更加合理，更适合应用于双向受拉的载荷场景。
[0045]
具体地，首先获取待求解的超压气球的常量参数，该常量参数为根据实际需要确定的超压气球需要具备的基本设计参数，可以是具体的数值，也可以是一个数值区间，在此不做限定。获取的常量参数包括超压气球的目标体积、超压量、球膜面密度和载重量。
[0046]
参考自然形气球的数值求解过程中，仅由薄膜制成的完全旋转对称的气球母线-应力方程组，根据获取的常量参数构建超压气球对应的正球形的母线-应力方程组，其中，构建的母线-应力方程组如下列公式1所示：
[0047][0048]
在公式1中，σm为所述超压气球的子午向应力、σc为所述超压气球的周向应力、r为沿所述正球形母线上任一点，且垂直于所述正球形回转轴的截面圆的半径；w＝ρg，ρ为所述超压气球的球膜面密度，g为重力加速度；p为所述超压气球的超压量、s为所述超压气球的
母线弧长、z为所述正球形的高度、a为所述正球形的表面积、v为所述超压气球的目标体积。
[0049]
获取该母线-应力方程的初始值和终止条件，根据该初始值和终止条件对母线-应力方程组进行迭代求解，得到待求解的超压气球的目标参数。根据该目标参数设计超压气球的形状，可以在满足给定的基本设计参数的前提下，使得超压气球在双向受拉的载荷条件下，顶部和底部的应力分布更加合理。可知地，当超压气球的周向应力值给定时，上述公式1中的方程组就变成了一个一阶非线性隐式常微分方程组。已知在封闭的超压气球的球底处，垂直于回转轴的圆截面半径r0＝0，球顶r1＝0，假设气球母线弧长为s，串联系统设计得到的超压气球体积为v0，求解球形即求该微分方程组边值问题的数值解，使用打靶法将其转换为初值问题，用迭代法进行求解即可。
[0050]
具体地，需要求解的目标参数包括待求解的超压气球的母线形状，考虑到初值问题的数值求解需要给定求解精度作为迭代的终止判断条件，且球底r0＝0位置处的应力奇点无法避免，为了尽可能在不影响数值解对应的球形的封闭性的前提下，展示该外形的超压气球相比正球形超压气球应力分布的合理性，数值求解时设置r0＝δr1，δr1是一个较小的值，可以作为求解终止条件中的求解误差，作为球底角度θ0的迭代终止条件。并且，为了保证求解出单球的母线形状，迭代过程中需要保证r》0。气球体积相对于给定的目标体积基本不变(误差小于δv，δv也是一个较小的值，可以作为终止条件中超压气球的母线弧长s的迭代终止条件)，由此可基于母线-应力方程组得到超压气球母线形状的数值解。
[0051]
进一步地，预设的终止条件包括体积差阈值ve，初始值包括超压气球的母线弧长，在给定超压气球的体积的基础上，根据设置的初始值和终止条件对正球形的母线-应力方程进行迭代求解，可以得到应力分布更加合理的超压气球的母线形状。具体地，步骤300中，基于初始值和终止条件，对母线-应力方程组进行迭代求解的过程包括：
[0052]
步骤301，基于所述初始值对所述母线-应力方程组进行求解，得到所述超压气球的第一终值；
[0053]
步骤302，确定所述第一终值对应的所述超压气球的预估体积与所述目标体积的体积差值；
[0054]
步骤303，判断所述体积差值是否大于所述终止条件中的体积差阈值；
[0055]
步骤304，若所述体积差值大于所述终止条件中的体积差阈值，则将所述初始值中的母线弧长减去预设弧长值，返回并执行所述基于所述初始值对所述母线应力方程组进行求解，得到所述超压气球的第一终值的步骤；直到所述体积差值小于等于所述终止条件中的体积差阈值时，根据所述第一终值得到所述超压气球的目标参数。
[0056]
在对母线-应力方程组进行求解时，在已知超压气球的目标体积、球膜面密度、超压量个底部载重量的情况下，基于初始值进行求解，得到第一终值，将该第一终值对应的超压气球的体积与给定的目标体积进行比较，确定体积差值δv，若该体积差值小于的等于终止条件中的体积差阈值ve，则得到的第一终值即为满足条件的目标参数；若体积差值δv大于体积差阈值ve，则将初始值中的母线弧长减去预设弧长值δs后作为新的初始值，基于新的初始值重新对母线-应力方程组进行求解，直到体积差值δv满足终止条件为止。
[0057]
进一步地，母线-应力方程组中包括第一截面圆的半径，该第一截面圆为沿正球形母线上的任一点，且垂直于正球形的回转轴的任一截面圆；初始值还包括差压气球的球底角度，预设的终止条件还包括半径差阈值re。在基于初始值对母线-应力方程组进行求解，
得到第一终值之后，还包括：
[0058]
步骤310，根据所述第一终值确定所述超压气球的第二截面圆的半径，并计算所述第二截面圆的半径与所述第一截面圆的半径的半径差值；所述第二截面圆在所述超压气球中的高度，与所述第一截面圆在所述正球形中的高度相同；所述第二截面圆为沿所述超压气球的母线上任一点且垂直于所述超压气球的回转轴的截面圆；
[0059]
步骤320，若所述半径差值大于所述终止条件中的半径差阈值，或者，所述第二截面圆的最小半径小于0，则将所述初始值中的球底角度减去预设角度值，返回并执行所述基于所述初始值对所述母线-应力方程组进行求解，得到所述超压气球的第一终值的步骤；直到所述半径差值小于等于所述终止条件中的半径差阈值，且所述第二截面圆的最小半径大于等于0时，执行所述判断所述体积差值是否大于所述终止条件中的体积差阈值的步骤。
[0060]
在得到第一终值后，先根据第一终值确定待求解的超压气球的第二截面圆的半径，并计算第二截面圆的半径和第一截面圆的半径的半径差值δr；第二截面圆为沿待求解的超压气球的母线上任一点，且垂直于待求解的超压气球的回转轴的截面圆；并且，第二截面圆在待求解的超压气球中的高度，与第一截面圆在正球形中的高度相同。若第二截面圆的半径与第一截面圆的半径的半径差值δr大于终止条件中的半径差阈值re，或者，第二截面圆的最小半径r
min
于0，则将初始值中的球底角度θ0减去预设角度值δθ后，作为新的初始值，基于新的初始值重新对母线-应力方程进行求解，直到得到的第一终值满足终止条件时，再执行判断体积差值δv是否大于预设的体积差阈值ve的步骤。
[0061]
需要说明的是，截面圆在超压气球中的高度，可以根据截面圆与球底顶点之间的距离确定；球底角度θ是在截面圆与母线的交点处，母线的切线与超压气球回转角之间的夹角，因此，当球底角度变化时，截面圆的高度和半径也会随之变化，从而会改变r的大小。
[0062]
进一步地，超压气球的周向应力条件应满足：
[0063][0064]
在公式2中，n为大于1的正整数，θ0为所述超压气球的球底角度、p
max
表示所述超压气球的最大超压量。
[0065]
参照图2所示的超压气球的数值求解方法的另一流程示意图，首先获取待求解的超压气球的体积、球膜面密度、超压量和底部载重量等常量参数；基于获取的常量参数构建正球形的母线-应力方程组；对正球形的母线-应力方程组进行求解，确定待求解的超压气球的目标参数。
[0066]
具体的求解过程包括：获取初始值，该初始值包括待求解的超压气球的母线弧长s、球底角度θ0、周向应力值σc；获取预设的终止条件re、ve等。根据初始值对母线-应力方程进行求解，得到相应的母线形状，基于该母线形状对应的超压气球的体积，确定在与正球形超压气球的同一高度(或者可以说同一球底角度)的截面圆的半径的差值δr，判断δr是否大于re，或者对应的超压气球的最小截面圆半径r
min
，即球底顶点处的球底角度对应的截面圆半径是否小于0；若是，则将球底角度θ0减去预设角度值δθ后，重新求解；直到δr小于等于re，且r
min
大于等于0时，判断此时对应的超压气球的体积与给定的体积的差值δv是否大于预设的体积差阈值ve；若是，则将母线弧长s的初始值减去预设弧长值δs后，重新求解；直到δv小于等于ve为止。当δr小于等于于re，且r
min
大于等于0，并且，δv小于等于ve时，即
可得到满足要求的超压气球的球形数值解。
[0067]
可知地，当母线-应力方程组中的球膜面密度、气球内外超压量、球底载重量等常量参数不同时，数值求解出的球形可能不同，这些参数作为球形数值求解的输入条件，可以在临近空间串联浮空器系统设计时，根据对浮空器的实际需求进行确定并获得。
[0068]
在本实施例中，通过获取待求解的超压气球的常量参数，该常量参数包括超压气球的载重量；基于获取常量参数构建正球形的母线-应力方程，并通过设置初始值和终止条件，对母线-应力方程进行求解，将超压气球的母线-应力方程求解转化为边值问题的数值求解，得到超压气球形状的目标参数；根据求解得到的目标参数的数值设计超压气球的形状时，考虑了超压气球在双向受拉条件下的载荷对应力分布的影响，因此，求解出的超压气球的形状相比于正球形的超压气球，在双向受拉的载荷条件下，整体的应力分布更加合理。
[0069]
下面对本发明提供的超压气球的数值求解装置进行描述，下文描述的超压气球的数值求解装置与上文描述的超压气球的数值求解方法可相互对应参照。
[0070]
参照图3，本发明提供的超压气球的数值求解装置，包括：
[0071]
参数采集模块10，用于获取待求解的超压气球的常量参数；所述常量参数包括所述超压气球的目标体积、超压量和球膜面密度；
[0072]
方程构建模块20，用于根据所述常量参数构建所述超压气球对应的正球形的母线-应力方程组；
[0073]
数值求解模块30，用于获取所述母线-应力方程组的初始值和预设的终止条件，基于所述初始值和所述终止条件，对所述母线-应力方程组进行迭代求解，得到所述超压气球的目标参数。
[0074]
在一个实施例中，所述终止条件包括体积差阈值，所述初始值包括所述超压气球的母线弧长；所述数值求解模块30，还用于：
[0075]
基于所述初始值对所述母线-应力方程组进行求解，得到所述超压气球的第一终值；
[0076]
确定所述第一终值对应的所述超压气球的预估体积与所述目标体积的体积差值；
[0077]
判断所述体积差值是否大于所述终止条件中的体积差阈值；
[0078]
若所述体积差值大于所述终止条件中的体积差阈值，则将所述初始值中的母线弧长减去预设弧长值，返回并执行所述基于所述初始值对所述母线应力方程组进行求解，得到所述超压气球的第一终值的步骤；直到所述体积差值小于等于所述终止条件中的体积差阈值时，根据所述第一终值得到所述超压气球的目标参数。
[0079]
在一个实施例中，所述母线-应力方程组中包括第一截面圆的半径；所述第一截面圆为沿所述正球形母线上任一点且垂直于所述正球形的回转轴的任一截面圆；所述初始值还包括所述超压气球的球底角度，所述终止条件还包括半径差阈值；所述数值求解模块30，还用于：
[0080]
根据所述第一终值确定所述超压气球的第二截面圆的半径，并计算所述第二截面圆的半径与所述第一截面圆的半径的半径差值；所述第二截面圆在所述超压气球中的高度，与所述第一截面圆在所述正球形中的高度相同；所述第二截面圆为沿所述超压气球的母线上任一点且垂直于所述超压气球的回转轴的截面圆；
[0081]
若所述半径差值大于所述终止条件中的半径差阈值，或者，所述第二截面圆的最
小半径小于0，则将所述初始值中的球底角度减去预设角度值，返回并执行所述基于所述初始值对所述母线-应力方程组进行求解，得到所述超压气球的第一终值的步骤；直到所述半径差值小于等于所述终止条件中的半径差阈值，且所述第二截面圆的最小半径大于等于0时，执行所述判断所述体积差值是否大于所述终止条件中的体积差阈值的步骤。
[0082]
在一个实施例中，所述母线-应力方程组为：
[0083][0084]
其中，σm为所述超压气球的子午向应力、σc为所述超压气球的周向应力、r为沿所述正球形母线上任一点，且垂直于所述正球形回转轴的截面圆的半径；w＝ρg，ρ为所述超压气球的球膜面密度，g为重力加速度；p为所述超压气球的超压量、s为所述超压气球的母线弧长、z为所述正球形的高度、a为所述正球形的表面积、v为所述超压气球的目标体积。
[0085]
在一个实施例中，所述超压气球的周向应力满足：
[0086][0087]
n为大于1的正整数，θ0为所述超压气球的球底角度、p
max
表示所述超压气球的最大超压量。
[0088]
在一个实施例中，所述目标参数包括所述超压气球的母线形状。
[0089]
图4示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图4所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)410、通信接口(communications interface)420、存储器(memory)830和通信总线440，其中，处理器410，通信接口420，存储器430通过通信总线440完成相互间的通信。处理器410可以调用存储器430中的逻辑指令，以执行超压气球的数值求解方法，该方法包括：
[0090]
获取待求解的超压气球的常量参数；所述常量参数包括所述超压气球的目标体积、超压量、球膜面密度和载重量；
[0091]
根据所述常量参数构建所述超压气球对应的正球形的母线-应力方程组；
[0092]
获取所述母线-应力方程组的初始值和预设的终止条件，基于所述初始值和所述终止条件，对所述母线-应力方程组进行迭代求解，得到所述超压气球的目标参数。
[0093]
此外，上述的存储器430中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施
例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0094]
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的超压气球的数值求解方法，该方法包括：
[0095]
获取待求解的超压气球的常量参数；所述常量参数包括所述超压气球的目标体积、超压量、球膜面密度和载重量；
[0096]
根据所述常量参数构建所述超压气球对应的正球形的母线-应力方程组；
[0097]
获取所述母线-应力方程组的初始值和预设的终止条件，基于所述初始值和所述终止条件，对所述母线-应力方程组进行迭代求解，得到所述超压气球的目标参数。
[0098]
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的超压气球的数值求解方法，该方法包括：
[0099]
获取待求解的超压气球的常量参数；所述常量参数包括所述超压气球的目标体积、超压量、球膜面密度和载重量；
[0100]
根据所述常量参数构建所述超压气球对应的正球形的母线-应力方程组；
[0101]
获取所述母线-应力方程组的初始值和预设的终止条件，基于所述初始值和所述终止条件，对所述母线-应力方程组进行迭代求解，得到所述超压气球的目标参数。
[0102]
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0103]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0104]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
技术特征：
1.一种超压气球的数值求解方法，其特征在于，包括：获取待求解的超压气球的常量参数；所述常量参数包括所述超压气球的目标体积、超压量、球膜面密度和载重量；根据所述常量参数构建所述超压气球对应的正球形的母线-应力方程组；获取所述母线-应力方程组的初始值和预设的终止条件，基于所述初始值和所述终止条件，对所述母线-应力方程组进行迭代求解，得到所述超压气球的目标参数。2.根据权利要求1所述的超压气球的数值求解方法，其特征在于，所述终止条件包括体积差阈值，所述初始值包括所述超压气球的母线弧长；所述基于所述初始值和所述终止条件，对所述母线-应力方程组进行迭代求解，得到所述超压气球的目标参数的步骤，包括：基于所述初始值对所述母线-应力方程组进行求解，得到所述超压气球的第一终值；确定所述第一终值对应的所述超压气球的预估体积与所述目标体积的体积差值；判断所述体积差值是否大于所述终止条件中的体积差阈值；若所述体积差值大于所述终止条件中的体积差阈值，则将所述初始值中的母线弧长减去预设弧长值，返回并执行所述基于所述初始值对所述母线应力方程组进行求解，得到所述超压气球的第一终值的步骤；直到所述体积差值小于等于所述终止条件中的体积差阈值时，根据所述第一终值得到所述超压气球的目标参数。3.根据权利要求2所述的超压气球的数值求解方法，其特征在于，所述母线-应力方程组中包括第一截面圆的半径；所述第一截面圆为沿所述正球形母线上任一点且垂直于所述正球形的回转轴的任一截面圆；所述初始值还包括所述超压气球的球底角度，所述终止条件还包括半径差阈值。4.根据权利要求3所述的超压气球的数值求解方法，其特征在于，所述基于所述初始值对所述母线-应力方程组进行求解，得到所述超压气球的第一终值之后，还包括：根据所述第一终值确定所述超压气球的第二截面圆的半径，并计算所述第二截面圆的半径与所述第一截面圆的半径的半径差值；所述第二截面圆在所述超压气球中的高度，与所述第一截面圆在所述正球形中的高度相同；所述第二截面圆为沿所述超压气球的母线上任一点且垂直于所述超压气球的回转轴的截面圆；若所述半径差值大于所述终止条件中的半径差阈值，或者，所述第二截面圆的最小半径小于0，则将所述初始值中的球底角度减去预设角度值，返回并执行所述基于所述初始值对所述母线-应力方程组进行求解，得到所述超压气球的第一终值的步骤；直到所述半径差值小于等于所述终止条件中的半径差阈值，且所述第二截面圆的最小半径大于等于0时，执行所述判断所述体积差值是否大于所述终止条件中的体积差阈值的步骤。5.根据权利要求4所述的超压气球的数值求解方法，其特征在于，所述母线-应力方程组为：
其中，σ
m
为所述超压气球的子午向应力、σ
c
为所述超压气球的周向应力、r为沿所述正球形母线上任一点，且垂直于所述正球形回转轴的截面圆的半径；w＝ρg，ρ为所述超压气球的球膜面密度，g为重力加速度；p为所述超压气球的超压量、s为所述超压气球的母线弧长、z为所述正球形的高度、a为所述正球形的表面积、v为所述超压气球的目标体积。6.根据权利要求5所述的超压气球的数值求解方法，其特征在于，所述超压气球的周向应力满足：n为大于1的正整数，θ0为所述超压气球的球底角度、p
max
表示所述超压气球的最大超压量。7.根据权利要求1所述的超压气球的数值求解方法，其特征在于，所述目标参数包括所述超压气球的母线形状。8.一种超压气球的数值求解装置，其特征在于，包括：参数采集模块，用于获取待求解的超压气球的常量参数；所述常量参数包括所述超压气球的目标体积、超压量和球膜面密度；方程构建模块，用于根据所述常量参数构建所述超压气球对应的正球形的母线-应力方程组；数值求解模块，用于获取所述母线-应力方程组的初始值和预设的终止条件，基于所述初始值和所述终止条件，对所述母线-应力方程组进行迭代求解，得到所述超压气球的目标参数。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数值求解方法。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数值求解方法。
技术总结
本发明涉及浮空器技术领域，提供一种超压气球的数值求解方法、装置、设备及存储介质。该方法包括：获取待求解的超压气球的目标体积、超压量、球膜面密度和载重量等常量参数；根据常量参数构建正球形的母线-应力方程组；获取母线-应力方程组的初始值和预设的终止条件，基于初始值和终止条件，对母线-应力方程组进行迭代求解，得到超压气球的目标参数。本发明提供的超压气球的数值求解方法，基于正球形的母线-应力方程组，将对超压气球的形状参数转化为边值问题的数值解；根据求解得到的目标参数设计超压气球的形状时；考虑了超压气球在双向受拉条件下的载荷对应力分布的影响，使得超压气球相比于正球形的应力分布更加合理。压气球相比于正球形的应力分布更加合理。压气球相比于正球形的应力分布更加合理。
