CN102514706A - 一种开口迎风下降的浮空器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种开口迎风下降的浮空器，包括气囊，所述气囊下方设置有关闭状态的阀门以及用于驱动阀门开关的控制装置，在浮空器下降迎风形成的动压头大于浮空器的内外压差时，阀门开启。本发明所述的开口迎风下降的浮空器能够有效的利用浮空器的势能，将浮空器的势能转化为浮空器内能，使浮空器的空气囊得到有效地补充，节省了浮空器下降过程中所需要的能源。

Description

一种开口迎风下降的浮空器

技术领域

本发明涉及一种开口迎风下降的浮空器，特别是一种利用重力下降并在下降阶段通过开口迎风进气满足气囊基本保形的浮空器。

背景技术

现有的浮空器（包括飞艇和系留气球），在下降阶段为了保持其气动外形需要不断地向副气囊内排入空气，一般用鼓风机或者动力设备的尾气等进气设备进行空气运输，其特点是进气设备形成空气压头大能够有效的输入到副气囊体内来保证浮空器的气动外形，但缺点较为明显，在浮空器的下降过程中能量消耗也很大，进气设备需不断地工作。

从能量角度分析，浮空器在下降过程中，进气设备不断做功，将低压状态的气体运输到高压气囊中，伴随浮空器的下降过程，进气设备一直处于做功状态。而另一方面飞艇下降过程中的势能不断减小，消耗在下降过程与空气的摩擦运动中，却没有被利用。

发明内容

本发明正是针对现有技术存在的不足，提供一种开口迎风下降的浮空器。在下降时，浮空器打开阀门，处于迎风状态的开口能够适量地进气，减小下降过程中浮空器的能量消耗。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下：一种开口迎风下降的浮空器，包括气囊，所述气囊下方设置有关闭状态的阀门以及用于驱动阀门开关的控制装置，在浮空器下降迎风形成的动压头大于浮空器的内外压差时，阀门开启。

所述阀门开口面积S满足以下公式：

其中：v为下降速度，V_球为浮空器体积，T为当地温度，ρ为当地空气密度，ΔP为浮空器内外压差，k为修正系数。

所述气囊内设置有隔膜，隔膜将气囊分割成位于上方的氦气囊和位于下方的空气囊；所述氦气囊内填充氦气，空气囊内填充空气。

所述气囊包括氦气囊和空气囊，氦气囊设置在空气囊内；所述氦气囊内填充氦气，空气囊内填充空气。

本发明的有益效果是：本发明所述的开口迎风下降的浮空器能够有效的利用浮空器的势能，将浮空器的势能转化为浮空器内能，使浮空器的空气囊得到有效地补充，节省了浮空器下降过程中所需要的能源。

附图说明

图1是本发明实施例一所述浮空器结构示意图；

图2是本发明实施例一所述浮空器阀门关闭状态示意图；

图3是本发明实施例一所述浮空器阀门打开状态示意图；

图4是本发明实施例一所述浮空器下降时状态示意图；

图5是本发明实施例二所述浮空器结构示意图；

图中：1－气囊、2－阀门、3－控制装置、4－氦气、5－隔膜、6－氦气囊、7－空气囊、8－空气。

具体实施方式

下面将结合具体的实施例来说明本发明的内容。

如图1所示为本发明实施例一所述浮空器结构示意图。本实施例所述浮空器包括气囊1、阀门2和控制装置3。气囊1为浮空器的主载体，内部设置有隔膜5，隔膜5将气囊1内部空腔分割成氦气囊6和空气囊7。氦气囊6位于气囊1的顶部。氦气囊6内部充有一定量的氦气4，主要由氦气4提供浮力让浮空器漂浮在空气中。空气囊7内部充有空气8，空气8让浮空器维持气囊1的内外压差，保证浮空器的气动外形。阀门2和控制装置3设置在空气囊7的下方，阀门2设置在空气囊7的正下方。气囊1、阀门2和控制装置3，三者合理的重量和浮力配置使得浮空器处于一种平衡状态。

如图2所示，为本实施例所述阀门2关闭状态示意图，图3为其打开状态示意图。阀门2的自然状态处于关闭状态。控制装置3包括传感器，该传感器设置在阀门2处。当浮空器在空中下降时，阀门2处的传感器感应迎风形成的动压头是否大于浮空器的内外压差。当迎风形成的动压头大于浮空器的内外压差时，传感器给控制装置3反馈信号，由控制装置3驱动打开阀门2，外部空气通过阀门2进入空气囊7。

如图4所示，为本实施例所述浮空器下降时状态示意图。图4中，浮空器以速度v进行下降。为了实现浮空器在下降时能够有效的进气，浮空器下端阀门2的开口在浮空器下降时一直处于迎风状态，在一定的下降速度v保证下，迎风形成的动压头大于浮空器的内外压差，外部空气能够有效通过阀门2进入空气囊7，进而补充空气囊7内部的空气8。

阀门2的开口面积S直接影响浮空器下降时外部空气的进气情况。当面积S过大时，瞬态进气量过多，浮空器下降速度过快，影响其下降平衡；当面积S过小时，瞬态进气量过少，未充分利用下降的势能变化。本发明所述的阀门2的开口面积S满足以下公式：

其中：v为下降速度，V_球为浮空器体积，T为当地温度，ρ为当地空气密度，ΔP为浮空器内外压差，k为修正系数。

阀门2的开口形状对修正系数k有一定的影响，根据实际经验公式，一般修正系数k取值范围为0.02~0.03。

如图5所示，为本发明实施例二所述浮空器结构示意图。实施例二与实施例一主要区别是：实施例二所述的气囊1内没有隔膜5，气囊1包括氦气囊6和空气囊7，氦气囊6直接设置在空气囊7内。

本发明是在浮空器内填充氦气作为浮空的气体，同样地，填充其他的密度比空气密度小的类似轻质气体，也可以实现本发明的功能，这并不脱离本发明的实质。

Claims (4)

1.一种开口迎风下降的浮空器，包括气囊（1），其特征在于，所述气囊（1）下方设置有关闭状态的阀门（2）以及用于驱动阀门（2）开关的控制装置（3），在浮空器下降迎风形成的动压头大于浮空器的内外压差时，阀门（2）开启。

2.如权利要求1所述的一种开口迎风下降的浮空器，其特征在于，所述阀门（2）开口面积S满足以下公式：

其中：v为下降速度，V_球为浮空器体积，T为当地温度，ρ为当地空气密度，ΔP为浮空器内外压差，k为修正系数。

3.如权利要求1或2所述的一种开口迎风下降的浮空器，其特征在于，所述气囊（1）内设置有隔膜（5），隔膜（5）将气囊（1）分割成位于上方的氦气囊（6）和位于下方的空气囊（7）；所述氦气囊（6）内填充氦气（4），空气囊（7）内填充空气（8）。

4.如权利要求1或2所述的一种开口迎风下降的浮空器，其特征在于，所述气囊（1）包括氦气囊（6）和空气囊（7），氦气囊（6）设置在空气囊（7）内；所述氦气囊（6）内填充氦气（4），空气囊（7）内填充空气（8）。

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