CN103950533A

CN103950533A - 一种隔热飞艇

Info

Publication number: CN103950533A
Application number: CN201410107284.4A
Authority: CN
Inventors: 方贤德
Original assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2014-03-21
Filing date: 2014-03-21
Publication date: 2014-07-30

Abstract

本发明提供了一种隔热飞艇，包括刚性蒙皮气囊结构或柔性蒙皮气囊结构，气囊结构内的局部或全部存在一层或多层的气体夹层。通过气体夹层，降低飞艇外表面与浮升气体之间的热交换，从而减少浮升气体的密度变化，使飞艇能够在高空特别是平流层长期保持可以接受的高度变化范围。

Description

一种隔热飞艇

技术领域

本发明涉及轻于空气的飞行器的热控制和运行控制技术领域，具体是一种隔热飞艇。

背景技术

对于飞艇的一个基本要求是，在正常运行阶段，驻空高度基本稳定，不要出现较大的上升或下浮。飞艇早期的飞行主要在低空，高度控制问题可以通过动力下拉来解决。近20多年来，高空飞艇特别是平流层飞艇的出现，使飞艇高度保持问题变得突出。高空空气温度低、密度小，而太阳辐照强度大，强烈的太阳辐照和微弱的对流换热会引起飞艇的“过热”，与蒙皮一体化设计的太阳电池的废热加剧了“过热”现象；“过热”导致囊内昼夜密度差很大，如不采取措施，会引起昼夜高度的很大变化。

飞艇是轻于空气的飞行器，依靠浮升气体与环境空气密度差形成的浮力悬在空中。因此，飞艇的上下运动取决于浮力大小，而浮力的大小取决于浮升气体与环境空气的密度差。保持飞艇飞行高度基本稳定的途径之一，是保持浮升气体密度基本稳定。正常运行阶段，浮升气体密度变化主要由飞艇外表面与浮升气体之间的热交换强度变化而引起。

常规飞行器结构隔热的常用方法是用绝热材料。飞艇表面积很大，有效升力很小，绝热材料不可行。另一方面飞艇热力特性复杂，很难认识清楚，所以迄今为止未见提出通过结构隔热方法解决飞艇驻空高度不稳的问题。专利201010598925采用压力调节和推力矢量相结合的方式来实现平流层飞艇定点高度保持。这种方法通过改变推力矢量的方向，形成垂直力，克服飞艇的垂直运动，其缺点是飞艇在水平方向上的位置精度无法保持。采用抛弃压载物的方法可以控制夜间飞艇下降，但这种方法对于飞行时间超过1天的飞艇不适用，而实际运用的高空飞艇的正常运行时间一般超过1天。

发明内容

本发明为了解决现有飞艇驻空高度不稳定的问题，提供了一种可以降低飞艇外表面与浮升气体之间的热交换，从而减少浮升气体的密度变化，使飞艇能够在高空特别是平流层长期保持可以接受的高度变化范围的隔热飞艇。

本发明包括刚性蒙皮气囊结构或柔性蒙皮气囊结构，气囊结构包括主气囊和副气囊，外气囊称为主气囊，置于主气囊之内的气囊称为副气囊，副气囊可以是一个或多个，飞艇蒙皮结构内的局部或全部存在一层或多层的气体夹层。通过气体夹层，增强飞艇的结构隔热。

所述的刚性蒙皮气囊结构包括刚性蒙皮、主气囊和副气囊，刚性蒙皮在主气囊之外，各结构之间局部或全部存在一层或多层的气体夹层。

所述的柔性蒙皮气囊结构包括主气囊和副气囊，主气囊与副气囊之间局部或全部形成气体夹层。

进一步改进，所述的主气囊包括主气囊外囊衣和主气囊内囊衣，两层囊衣之间形成气体夹层。

进一步改进，所述的主气囊内囊衣上开有连通口，使两层囊衣之间的气体与主气囊内的气体相通。这样，主气囊内气体的压力与夹层内气体的压力相等。只要对主气囊充气，气体就会通过内囊衣孔口进入气体夹层。

进一步改进，所述的主气囊外囊衣上开有进气口和出气口。外侧气体夹层部分或全部与外界大气环境相通，外界空气可以通畅地流入、流出相通的夹层，使其内的空气不断置换。该做法的目的是使相通部分夹层内空气温度接近外界环境温度，增强蒙皮结构隔热效果。如果做成部分相通，相通部分以在上部为宜。下部夹层阶段性相通隔热效果更好，即下部夹层进气口白天打开，晚上关闭。

进一步改进，所述的主气囊内囊衣或主气囊外囊衣上装有压差控制阀和单向阀，单向阀上连接有风扇。外侧气体夹层外囊衣上设置有压差控制阀和单向阀，使该夹层气体压力高于外界压力，低于主气囊内的压力，形成一定的压差, 增强主气囊的抗压能力，即可以实现主气囊内气体与环境之间比较大的压差。当压差控制阀关闭时，气体夹层是密封的。当该夹层气体与外界气体之间的压差大于高限值时，压差控制阀打开泄压；当该夹层气体与外界气体之间的压差小于低限值时，风扇工作，与风扇相连的单向阀打开，向夹层补气增压，使夹层压力上升到设定值。

内侧气体夹层内囊衣上设置有压差控制阀和单向阀，使该夹层气体压力低于主气囊气体，形成一定的压差，增强主气囊的抗压能力。当压差控制阀关闭时，该气体夹层是密封的。当该夹层气体与主气囊气体之间的压差大于高限值时，压差控制阀打开，向夹层补气；当夹层气体与主气囊气体之间的压差小于低限值时，风扇工作，与风扇相连的单向阀打开，抽吸夹层气体，使夹层降压。

进一步改进，所述的副气囊包括副气囊内囊衣和副气囊外囊衣，两层囊衣之间形成气体夹层。对于有两个或更多个副气囊的情况，较好地做法是，副气囊面向蒙皮的部分局部或全部有两层或多于两层的囊衣。不是面向蒙皮的部分，以单层囊衣为宜。

进一步改进，气体夹层设有若干隔断，将夹层分成若干区域，更有利于热管理。

进一步改进，所述的隔断为气圈。

本发明有益效果在于：通过气体夹层，降低飞艇外表面与浮升气体之间的热交换，从而减少浮升气体的密度变化，使飞艇能够在高空特别是平流层长期保持可以接受的高度变化范围。

附图说明

图1为两层囊衣制成的主气囊结构示意图。

图1（a）为主气囊内囊衣上开有连通口的结构示意图。

图1（b）为主气囊外囊衣上装有压差控制阀和单向阀的结构示意图。

图1（c）为主气囊外囊衣上开有进气口和出气口的结构示意图。

图2（a）为一种有3个副气囊的副气囊结构示意图。

图2（b）为副气囊中A-A的剖视图。

图3为刚性蒙皮气囊结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1为两层囊衣制成的主气囊结构示意图。主气囊15包括主气囊外囊衣1和主气囊内囊衣2，两层囊衣之间形成气体夹层。

图1（a）为主气囊内囊衣2上开有连通口3的结构示意图。该连通口使两层囊衣之间的气体与主气囊内的气体相通。这样，主气囊内气体与夹层气体的压力相等。只要对主气囊充气，气体就会通过内囊衣孔口进入气体夹层。

图1（b）为主气囊外囊衣1上装有压差控制阀4和单向阀5的结构示意图, 单向阀5上连接有风扇6。气体夹层压力高于外界压力，低于主气囊内的压力，形成一定的压差, 增强主气囊的抗压能力，即可以实现主气囊内气体与环境之间比较大的压差。当压差控制阀关闭时，气体夹层是密封的。当该夹层气体与外界气体之间的压差大于高限值时，压差控制阀打开泄压；当该夹层气体与外界气体之间的压差小于低限值时，风扇工作，与风扇相连的单向阀打开，向夹层补气增压，使夹层压力上升到设定值。

若主气囊内囊衣2上装有压差控制阀4和单向阀5，可使该夹层气体压力低于主气囊气体，形成一定的压差，增强主气囊的抗压能力。当压差控制阀关闭时，该气体夹层是密封的。当该夹层气体与主气囊气体之间的压差大于高限值时，压差控制阀打开，向夹层补气；当夹层气体与主气囊气体之间的压差小于低限值时，风扇工作，与风扇相连的单向阀打开，抽吸夹层气体，使夹层降压。

图1（c）为主气囊外囊衣1上开有进气口7和出气口8的结构示意图。气体夹层部分或全部与外界大气环境相通，外界空气可以通畅地流入、流出相通的夹层部分，使其内的空气不断置换。该做法的目的是使相通部分夹层内空气温度接近外界环境温度，增强蒙皮结构隔热效果。如果做成部分相通，相通部分以在上部为宜。下部夹层阶段性相通隔热效果更好，即下部夹层进气口白天打开，晚上关闭。

图2（a）为一种有3个副气囊的副气囊结构示意图，3个辅气囊分别为左副气囊、中副气囊、右副气囊，副气囊面向蒙皮的部分全部有两层囊衣，即副气囊内囊衣10和副气囊外囊衣9，二者之间形成气体夹层。左副气囊与中副气囊接触的侧面12、右副气囊与中副气囊接触的侧面13不面向蒙皮，采用单层囊衣。图2（a）中A-A的剖视图如图2（b）所示，副气囊内囊衣10和副气囊外囊衣9之间设有若干隔断14，隔断14将夹层分成若干区域，更有利于热管理。

图3为一种刚性蒙皮气囊结构示意图。所述的刚性蒙皮气囊结构包括刚性蒙皮18、主气囊15和副气囊16，刚性蒙皮18在主气囊15之外。刚性蒙皮18和主气囊15之间存在一层气体夹层，主气囊15和副气囊16之间存在一层气体夹层。其中, 主气囊15和副气囊16之间的气体夹层中设置气圈17，把该气体夹层分成若干区域，增强隔热效果。同时，气圈17也起到保持气体夹层厚度的作用。

气圈17也可应用于其它部位的气体夹层中。

本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种隔热飞艇，包括刚性蒙皮气囊结构或柔性蒙皮气囊结构，气囊结构包括主气囊（15）和位于主气囊（15）内的一个或多个副气囊（16），其特征在于：飞艇蒙皮结构的局部或全部存在一层或多层的气体夹层。

2.根据权利要求1所述的隔热飞艇，其特征在于：所述的刚性蒙皮气囊结构包括刚性蒙皮（18）、主气囊（15）和副气囊（16），刚性蒙皮（18）在主气囊（15）之外，各结构之间局部或全部存在一层或多层的气体夹层。

3.根据权利要求1所述的隔热飞艇，其特征在于：所述的柔性蒙皮气囊结构包括主气囊（15）和副气囊（16），主气囊（15）与副气囊（16）之间局部或全部形成气体夹层。

4.根据权利要求2或3所述的隔热飞艇，其特征在于：所述的主气囊（15）包括主气囊外囊衣（1）和主气囊内囊衣（2），两层囊衣之间形成气体夹层。

5.根据权利要求4所述的隔热飞艇，其特征在于：所述的主气囊内囊衣（2）上开有连通口（3）。

6.根据权利要求4所述的隔热飞艇，其特征在于：所述的主气囊外囊衣（1）上开有进气口（7）和出气口（8）。

7.根据权利要求4所述的隔热飞艇，其特征在于：所述的主气囊内囊衣（2）或主气囊外囊衣（1）上装有压差控制阀（4）和单向阀（5），单向阀（5）上连接有风扇（6）。

8.根据权利要求2或3所述的隔热飞艇，其特征在于：所述的副气囊（16）包括副气囊内囊衣（10）和副气囊外囊衣（9），两层囊衣之间形成气体夹层。

9.根据权利要求2或3所述的隔热飞艇，其特征在于：所述的气体夹层之间设有若干隔断（14）。

10.根据权利要求9所述的隔热飞艇，其特征在于：所述的隔断为气圈（17）。