与单个更高、更宽的环形充气结构相比,由多个有限高度的环形充气结构嵌套在同心布置中组成的组件获得了更多的设计灵活性(见图)。原本设计用于在外层空间作为人类栖息地的容器或遥远的行星上,这些之前和相关充气式结构也可能是有用的在地球上的轻量级、简洁地装载,便携式专用建筑物,可以运送到偏远地区,膨胀的大小和形状。

同心环形充气结构的组装提供了比单一更高,更宽的环形充气结构的优势。

在单个环形充气结构的情况下,缺乏设计灵活性的一个重要来源是,外径的增加(有时是希望的)必然伴随着高度的增加(有时是不希望的)。直径和高度的增加也会导致利用由此产生的更大的体积变得困难,因为它可能变得有必要通过墙壁和地板来分隔体积,并且必须增加特征(例如,楼梯或梯子),以使楼层之间的垂直运动。此外,在重力环境下,楼层之间的上升和下降可能在某些情况下对居住者造成不可接受的困难。

单一环形充气结构缺乏设计灵活性的另一个原因是,在给定的充气压力下,结构外径的增加必然导致结构中最大应力的增加。因为必须保持结构材料的承载能力内的最大应力,与设计的其他方面一致,这可能转化为外径的限制。

在由同心嵌套环形结构组成的组件中,外径的增加并不一定意味着高度的增加或超过结构材料承重能力的最大应力的增加。可以选择较小直径的嵌套环面,以最佳地分隔室内空间,而无需增加墙壁或地板。由于嵌套式充气环面结构的最大应力是其小直径的函数,而小直径通常足够小,不超过结构材料的承载能力,因此组件的外径不再有限制:相反,通过简单地添加具有合适的小直径和相继较大的大直径的同心充气环面结构,该总成可以无限制地扩展。小直径不需要相等:每个同心充气环面结构的直径可以根据该结构的具体用途来选择。

相邻的同心圆充气环面结构可以用柔性或刚性墙隔开,承受底部和顶部之间的垂直(轴向)载荷,以防止不希望的轴向膨胀,从而有助于保持总成的理想整体形状。墙壁可以嵌入,包括窗户和舱口。在极端情况下,如果用刚性杆(1)连接到相邻环面的顶部和底部,(2)与周向张力承重构件连接在一起,则墙体可以拆除。刚性或柔性地板可以集成到膨胀的环形结构中。最好是相邻环面上的地板应与环面之间的墙在同一水平面上连接。

这项工作是由约翰逊航天中心的Christopher J. Johnson, Jasen L. Raboin和Gary R. Spexarth完成的。欲了解更多信息,请下载技术支持包(免费白皮书)www.ivansarmy.com/tsp在机械/机械类别下。

这项发明归美国国家航空航天局所有,并且已经提交了专利申请。有关其商业开发的非排他性或排他性许可的咨询应寄至

专利律师
约翰逊航天中心
(281) 483 - 0837。

指msc - 24215 - 1。


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本文首次发表于2010年2月号NASA技yabovip16.com术简介杂志。

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