CN104645629A - 高度自反馈浮力减重飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及涉及流体力学领域，具体涉及浮力飞行设备领域。高度自反馈浮力减重飞行器，包括一气囊主体，还包括直接或间接固定在气囊主体上的一遥控接收系统、一控制电路，以及一为上升或下降提供动力的升降动力装置；遥控接收系统的信号输出端控制电路，控制电路连接升降动力装置的信号输入端；气囊主体为一柔性的封闭腔体；气囊主体内充有密度小于空气的气体。以实现对高度自反馈浮力减重飞行器包括升级控制在内的遥控，而且飞行时因为自身浮力作用，仅仅需要升降动力装置提供很小的升力，即可起飞，或者升高。大大降低了能耗。

Description

高度自反馈浮力减重飞行器

技术领域

本发明涉及流体力学领域，具体涉及浮力飞行设备领域。

背景技术

气球在是一种常用的玩具、装饰品、会场用品。在生活和工作中，经常会用到气球。气球在生活和工作中的应用，已经有百年以上的历史。

随着科技的发展，气球的形状、颜色越来越丰富，材料也越来越牢固。但是整体变化不大。在整个设计中，相对单调，缺乏创意。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种高度自反馈浮力减重飞行器，以解决上述问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

高度自反馈浮力减重飞行器，包括一气囊主体，其特征在于，还包括直接或间接固定在气囊主体上的一遥控接收系统、一控制电路，以及一为上升或下降提供动力的升降动力装置；

所述遥控接收系统的信号输出端所述控制电路，所述控制电路连接升降动力装置的信号输入端；

所述气囊主体为一柔性的封闭腔体；

所述气囊主体内充有密度小于空气的气体；

充有密度小于空气的气体的气囊主体的浮力大于重力，但浮力与重力的差值，小于所述遥控接收系统和所述升降动力装置的重力之和。

以实现对高度自反馈浮力减重飞行器包括升级控制在内的遥控，而且飞行时因为自身浮力作用，仅仅需要升降动力装置提供很小的升力，即可起飞，或者升高。大大降低了能耗。

另外，因为高度自反馈浮力减重飞行器整体重力又大于浮力，在丧失动力后会降落到地面，而不是失控失踪。

还包括一悬浮定位系统；所述悬浮定位系统连接在所述气囊主体上；

所述悬浮定位系统，包括一检测高度的高度测量装置；

所述高度测量装置连接所述控制电路，所述控制电路控制连接一所述升降动力装置。

遥控接收系统、控制电路、升降动力装置与悬浮定位系统封装在一个外壳内，一起固定。

所述气囊主体的腔壁，为弹性材质。所述气囊主体的腔壁厚度，小于2mm，大于0.05mm。

所述高度测量装置检测飞行高度。并将高度信息传递给所述控制电路，控制电路根据高度信息，对升降动力装置进行控制。进而控制气囊主体的飞行高度。

在高度检测装置检测到飞行高度低于设定高度时，所述控制电路控制所述升降动力装置执行上升动作，使气囊主体上升。在检测到飞行高度高于设定高度时，所述控制电路控制所述升降动力装置执行下降动作，使气囊主体下降。

所述高度自反馈浮力减重飞行器在空气中的浮力小于自身重力，所述升降动力装置为仅仅提供上升动力的升降动力装置。以简化系统。

或者，所述升降动力装置为既可以提供上升动力，又可以提供下降动力的升降动力装置。以实现灵活响应。

所述升降动力装置可以采用一螺旋桨装置、一翅片装置，或者一热能调控系统。

在所述升降动力装置采用螺旋桨装置时，所述螺旋桨装置包括一电动机和一螺旋桨翅片，所述螺旋桨翅片的吹风方向朝上或者朝下，所述电动机通过传动机构连接所述螺旋桨翅片，驱动所述螺旋桨翅片转动，进而产生推力。

所述升级动力装置设有至少两个螺旋桨，两个螺旋桨对称排布在气囊主体的重心两侧。从而允许在省略类似于直升机尾翼的结构后，仍然可以保持平稳飞行。

在所述升降动力装置采用翅片装置时，所述翅片装置包括一电动机和一摆动翅片，所述摆动翅片的摆动方向为上下摆动，所述电动机通过所述传动机构连接所述摆动翅片，驱动所述摆动翅片摆动，进而产生向上或者向下的推力。

在所述升降动力装置采用一热能调控系统时，所述热能调控系统包括一电加热装置，所述电加热装置在一气球上，为所述气球提供热量，在气球内的物质受热后膨胀，进而促使气球体积增加，进而使浮力增加，从而产生向上的浮力。

所述电加热装置可以位于所述气球内或者贴在所述气球的气球壁外。

所述气球可以是所述气囊主体，即所述电加热装置位于所述气囊主体内。

所述气球也可以独立于所述气囊主体，与所述气囊主体连接。可以位于所述气囊主体外或者所述气囊主体内。

所述气球下方还设有一容器，所述电加热装置的加热元件位于所述容器内。

所述容器内装有液体物质，所述液体物质在所述加热元件的加热下，产生蒸汽，进而增加所述气球的体积。从而增加浮力。所述液体可以采用水、二氯丙烷、链烷烃、烯烃、醇、醛、胺、酯、醚、酮、芳香烃、氢化烃、萜烯烃、卤代烃等沸点较低的，易于蒸发的液体，具体的成分还可以是水、酒精、甲醛、汽油、乙醚。

所述容器位于所述气球下方，所述容器的开口边缘与所述气球的气球壁贴合。以便于降温后变为液态或者固态的物质，重新落回所述容器内，以备下次加热使用。

所述高度测量装置可以采用反射式高度测量装置，包括一信号发射装置和一信号接收装置；

所述信号发射装置的信号发射方向的朝向，与所述信号接收装置的信号接收方向的朝向一致，以便于接收发射回来的信号。

所述信号发射装置的信号发射方向的朝向，与所述信号接收装置的信号接收方向的朝向，均朝向下方或者上方。

在朝向下方时，可以通过测量离地高度，获知高度信息。在朝向上方时，在室内时可以通过测量距离天花板的距离，侧面反映出飞行的高度信息。

所述信号接收装置在收到所述信号发射装置发出的信号后，产生一高电平，所述高电平输出给所述控制电路，所述控制电路为所述升降动力装置供电，使所述升降动力装置工作。

所述控制电路可以为一信号放大电路。放大所述信号接收装置输出的电流，进而驱动所述升降动力装置工作。

所述控制电路可以包括一延时电路。对所述信号接收装置输出的电流脉冲进行延时，进而驱动所述升降动力装置平缓工作，避免脉冲电流对所述升降动力装置造成电流冲击。

所述悬浮定位系统还包括一蓄电池系统，所述蓄电池系统设有充电接口。并为所述悬浮定位系统供电。

信号接收方向的朝向朝下，在所述信号接收装置接收到下方反射回来的由所述信号发射装置发射的有效信号时，所述控制电路视为飞行高度低于设定高度，控制所述升降动力装置提供上升的升力。

信号接收方向的朝向朝下，在所述信号接收装置接收不到下方反射回来的由所述信号发射装置发射的有效信号时，所述控制电路视为飞行高度高于设定高度，控制所述升降动力装置提供下降的力。

信号接收方向的朝向朝上，在所述信号接收装置接收到上方反射回来的由所述信号发射装置发射的有效信号时，所述控制电路视为飞行高度高于设定高度，控制所述升降动力装置提供下降的力。

反射式高度测量装置，可以采用一主动式红外测距装置，所述信号发射装置采用一红外发射装置，所述信号接收装置采用一红外接收装置。

反射式高度测量装置，可以采用一超声波测距装置，所述信号发射装置采用一超声波发射装置，所述信号接收装置采用一超声波接收装置。

反射式高度测量装置，可以采用一激光测距装置，所述信号发射装置采用一激光器发射装置，所述信号接收装置采用一激光信号接收装置。

所述气囊主体内充有密度小于空气的气体，可以为氢气、氦气或者其他气体。

所述气囊主体密封。避免气体泄露。

所述高度自反馈浮力减重飞行器在空气中的浮力与自身重力的差值，小于自身重力值的十分之一。进一步优选，高度自反馈浮力减重飞行器在空气中的浮力与自身重力的差值，大于自身重力值的二百分之一。

所述气囊主体可以为是超人、天使、神仙、仙女、龙、鸟、飞虫、飞行器、太阳或者月亮造型中的至少一种。

所述悬浮定位系统可拆卸的固定在所述气囊主体上。可以是通过粘合固定在所述气囊主体上。以便于所述悬浮定位系统与普通的气囊主体进行灵活搭配。

可以是所述悬浮定位系统粘合在所述气囊主体上方或者下方。

所述悬浮定位系统上设有一粘合层。所述粘合层上可以设有一离型纸。在使用时将离型纸剥离，然后粘在所述气囊主体上。

可以是所述高度自反馈浮力减重飞行器不安装飞行动力系统，以便于简化系统、降低重力、降低成本、节省能量延长飞行时间。

也可以是，还包括一飞行动力系统，以及一信号处理系统，所述信号处理系统还连接所述飞行动力系统的控制接口。所述飞行动力系统为高度自反馈浮力减重飞行器提供动作动力。

所述飞行动力系统包括电动机和风扇叶轮，所述电动机驱动所述风扇叶轮转动提供动力。

还可以是，所述飞行动力系统包括电动机和翅片，所述电动机驱动所述翅片摆动提供动力。

所述信号处理系统还连接有一无线交互系统，所述无线交互系统配套有一无线交互终端。高度自反馈浮力减重飞行器通过所述无线交互系统和无线交互终端实现信息交互。

所述信息交互包括高度自反馈浮力减重飞行器状态数据下发给所述无限交互终端。还包括，所述无线交互终端将控制指令上传给所述无线交互系统，进而上传给所述信号处理系统。

还包括，所述无线交互终端实时向所述无线交互系统发送遥控信号，进而上传给所述信号处理系统，进行实时遥控控制。

所述高度自反馈浮力减重飞行器上还装有摄像设备，以及GPS定位设备或北斗定位设备，所述摄像设备和所述GPS定位设备或北斗定位设备连接到一微型处理器系统，所述微型处理器系统将所述摄像设备摄取的影像数据与所述GPS定位设备或北斗定位设备定位的信息关联保存。以便于存储影像，并对影像的地理位置进行标示。

还可以设置无线信号传输系统，适时将摄像设备数据和GPS定位设备或北斗定位设备数据传输到地面设备。

附图说明

图1为高度自反馈浮力减重飞行器的一种整体结构示意图；

图2为升降动力装置结构原理示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本发明。

参照图1、图2，高度自反馈浮力减重飞行器，包括一气囊主体1，还包括直接或间接固定在气囊主体上的一遥控接收系统、一控制电路，以及一为上升或下降提供动力的升降动力装置。

遥控接收系统的信号输出端控制电路，控制电路连接升降动力装置的信号输入端；气囊主体1为一柔性的封闭腔体；气囊主体1内充有密度小于空气的气体；充有密度小于空气的气体的气囊主体1的浮力大于重力，但浮力与重力的差值，小于遥控接收系统和升降动力装置的重力之和。

以实现对高度自反馈浮力减重飞行器包括升级控制在内的遥控，而且飞行时因为自身浮力作用，仅仅需要升降动力装置提供很小的升力，即可起飞，或者升高。大大降低了能耗。另外，因为高度自反馈浮力减重飞行器整体重力又大于浮力，在丧失动力后会降落到地面，而不是失控失踪。

高度自反馈浮力减重飞行器，还包括一悬浮定位系统2；悬浮定位系统2固定在气囊主体1上。悬浮定位系统2，包括一检测高度的高度测量装置23。高度测量装置23连接控制电路22，控制电路22控制连接一升降动力装置21。控制电路22中可以设有一微型处理器系统。用以处理数据。气囊主体1为一柔性的封闭腔体。气囊主体1的腔壁，为弹性材质。气囊主体1的腔壁厚度，小于2mm，大于0.05mm。

高度测量装置23检测飞行高度。并将高度信息传递给控制电路22，控制电路22根据高度信息，对升降动力装置21进行控制。进而控制气囊主体1的飞行高度。

在高度检测装置检测到飞行高度低于设定高度时，控制电路22控制升降动力装置21执行上升动作，使气囊主体1上升。在检测到飞行高度高于设定高度时，控制电路22控制升降动力装置21执行下降动作，使气囊主体1下降。遥控接收系统、控制电路、升降动力装置与悬浮定位系统封装在一个外壳内，一起固定。

气囊主体1内充有密度小于空气的气体，可以为氢气、氦气或者其他气体。气囊主体1密封。避免气体泄露。高度自反馈浮力减重飞行器在空气中的浮力与自身重力的差值，小于自身重力值的十分之一。进一步优选，高度自反馈浮力减重飞行器在空气中的浮力与自身重力的差值，大于自身重力值的二百分之一。

气囊主体1可以为是超人、天使、神仙、仙女、龙、鸟、飞虫、飞行器、太阳或者月亮造型中的至少一种。

悬浮定位系统2可拆卸的固定在气囊主体1上。可以是通过粘合固定在气囊主体1上。以便于悬浮定位系统2与普通的气囊主体1进行灵活搭配。可以是悬浮定位系统2粘合在气囊主体1上方或者下方。悬浮定位系统2上设有一粘合层。粘合层上设有一离型纸。在使用时将离型纸剥离，然后粘在气囊主体1上。可以是高度自反馈浮力减重飞行器不安装飞行动力系统，以便于简化系统、降低重力、降低成本、节省能量延长飞行时间。

具体实施中，一种形式可以设置为：高度自反馈浮力减重飞行器在空气中的浮力小于自身重力，升降动力装置21为仅仅提供上升动力的升降动力装置21，以简化系统。以简化系统；或者可以设置为：升降动力装置21为既可以提供上升动力，又可以提供下降动力的升降动力装置21，以实现灵活响应。

具体实施中，升降动力装置21可以采用如下形式：

(1)升降动力装置21采用螺旋桨装置，螺旋桨装置包括一电动机和一螺旋桨翅片，螺旋桨翅片的吹风方向朝上或者朝下，电动机通过传动机构连接螺旋桨翅片，驱动螺旋桨翅片转动，进而产生推力。

升级动力装置21设有至少两个螺旋桨，两个螺旋桨对称排布在气囊主体的重心两侧。从而允许在省略类似于直升机尾翼的结构后，仍然可以保持平稳飞行。

(2)升降动力装置21采用翅片装置，翅片装置包括一电动机和一摆动翅片，摆动翅片的摆动方向为上下摆动，电动机通过传动机构连接摆动翅片，驱动摆动翅片摆动，进而产生向上或者向下的推力。

(3)升降动力装置21采用一热能调控系统，热能调控系统包括一电加热装置，电加热装置在一气球上，为气球提供热量，在气球内的物质受热后膨胀，进而促使气球体积增加，进而使浮力增加，从而产生向上的浮力。电加热装置可以位于气球内或者贴在气球的气球壁外。气球可以是气囊主体1，即电加热装置位于气囊主体1内。气球也可以独立于气囊主体1，与气囊主体1连接。可以位于气囊主体1外或者气囊主体1内。

在采用热能调控系统时，气球下方还设有一容器，电加热装置的加热元件位于容器内。容器内装有液体物质，液体物质在加热元件的加热下，产生蒸汽，进而增加气球的体积。从而增加浮力。液体可以采用水、二氯丙烷、链烷烃、烯烃、醇、醛、胺、酯、醚、酮、芳香烃、氢化烃、萜烯烃、卤代烃等沸点较低的，易于蒸发的液体，具体的成分还可以是水、酒精、甲醛、汽油、乙醚。容器位于气球下方，容器的开口边缘与气球的气球壁贴合。以便于降温后变为液态或者固态的物质，重新落回容器内，以备下次加热使用。

具体实施例中，高度测量装置23可以采用如下形式：

高度测量装置23可以采用反射式高度测量装置23，包括一信号发射装置和一信号接收装置。信号发射装置的信号发射方向的朝向，与信号接收装置的信号接收方向的朝向一致，以便于接收发射回来的信号。信号发射装置的信号发射方向的朝向，与信号接收装置的信号接收方向的朝向，均朝向下方或者上方。

在朝向下方时，可以通过测量离地高度，获知高度信息。在朝向上方时，在室内时可以通过测量距离天花板的距离，侧面反映出飞行的高度信息。

信号接收装置在收到信号发射装置发出的信号后，产生一高电平，高电平输出给控制电路22，控制电路22为升降动力装置21供电，使升降动力装置21工作，进行上升或者下降。

控制电路22可以为一信号放大电路。放大信号接收装置输出的电流，进而驱动升降动力装置21工作。控制电路22可以包括一延时电路。对信号接收装置输出的电流脉冲进行延时，进而驱动升降动力装置21平缓工作，避免脉冲电流对升降动力装置21造成电流冲击。悬浮定位系统2还包括一蓄电池系统，蓄电池系统设有充电接口。并为悬浮定位系统2供电。

信号接收方向的朝向朝下，在信号接收装置接收到下方反射回来的由信号发射装置发射的有效信号时，控制电路22视为飞行高度低于设定高度，控制升降动力装置21提供上升的升力。

信号接收方向的朝向朝下，在信号接收装置接收不到下方反射回来的由信号发射装置发射的有效信号时，控制电路22视为飞行高度高于设定高度，控制升降动力装置21提供下降的力。

信号接收方向的朝向朝上，在信号接收装置接收到上方反射回来的由信号发射装置发射的有效信号时，控制电路22视为飞行高度高于设定高度，控制升降动力装置21提供下降的力。

反射式高度测量装置23，可以采用一主动式红外测距装置，信号发射装置采用一红外发射装置，信号接收装置采用一红外接收装置。

反射式高度测量装置23，可以采用一超声波测距装置，信号发射装置采用一超声波发射装置，信号接收装置采用一超声波接收装置。

反射式高度测量装置23，可以采用一激光测距装置，信号发射装置采用一激光器发射装置，信号接收装置采用一激光信号接收装置。

高度自反馈浮力减重飞行器也可以，还包括一飞行动力系统，以及一信号处理系统，信号处理系统还连接飞行动力系统的控制接口。飞行动力系统为高度自反馈浮力减重飞行器提供动作动力。

飞行动力系统包括电动机和风扇叶轮，电动机驱动风扇叶轮转动提供动力。还可以是，飞行动力系统包括电动机和翅片，电动机驱动翅片摆动提供动力。

信号处理系统还连接有一无线交互系统，无线交互系统配套有一无线交互终端。高度自反馈浮力减重飞行器通过无线交互系统和无线交互终端实现信息交互。

信息交互包括高度自反馈浮力减重飞行器状态数据下发给无限交互终端。还包括，无线交互终端将控制指令上传给无线交互系统，进而上传给信号处理系统。还包括，无线交互终端实时向无线交互系统发送遥控信号，进而上传给信号处理系统，进行实时遥控控制。

高度自反馈浮力减重飞行器上还装有摄像设备，以及GPS定位设备或北斗定位设备，摄像设备和GPS定位设备或北斗定位设备连接到一微型处理器系统，微型处理器系统将摄像设备摄取的影像数据与GPS定位设备或北斗定位设备定位的信息关联保存。以便于存储影像，并对影像的地理位置进行标示。

还可以设置无线信号传输系统，适时将摄像设备数据和GPS定位设备或北斗定位设备数据传输到地面设备。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.高度自反馈浮力减重飞行器，包括一气囊主体，其特征在于，还包括直接或间接固定在气囊主体上的一遥控接收系统、一控制电路，以及一为上升或下降提供动力的升降动力装置；

所述遥控接收系统的信号输出端所述控制电路，所述控制电路连接升降动力装置的信号输入端；

所述气囊主体为一柔性的封闭腔体；

所述气囊主体内充有密度小于空气的气体；

充有密度小于空气的气体的气囊主体的浮力大于重力，但浮力与重力的差值，小于所述遥控接收系统和所述升降动力装置的重力之和。

以实现对高度自反馈浮力减重飞行器包括升级控制在内的遥控，而且飞行时因为自身浮力作用，仅仅需要升降动力装置提供很小的升力，即可起飞，或者升高。

2.根据权利要求1所述的高度自反馈浮力减重飞行器，其特征在于：还包括一悬浮定位系统；所述悬浮定位系统连接在所述气囊主体上；

所述悬浮定位系统，包括一检测高度的高度测量装置；

所述高度测量装置连接所述控制电路，所述控制电路控制连接一所述升降动力装置。

3.根据权利要求2所述的高度自反馈浮力减重飞行器，其特征在于：

所述高度自反馈浮力减重飞行器在空气中的浮力小于自身重力，所述升降动力装置为仅仅提供上升动力的升降动力装置。

4.根据权利要求2所述的高度自反馈浮力减重飞行器，其特征在于：所述升降动力装置采用一螺旋桨装置、一翅片装置，或者一热能调控系统中的一种。

5.根据权利要求2所述的高度自反馈浮力减重飞行器，其特征在于：所述高度测量装置采用反射式高度测量装置，包括一信号发射装置和一信号接收装置；

所述信号发射装置的信号发射方向的朝向，与所述信号接收装置的信号接收方向的朝向一致，以便于接收发射回来的信号。

6.根据权利要求5所述的高度自反馈浮力减重飞行器，其特征在于：所述信号接收装置在收到所述信号发射装置发出的信号后，产生一高电平，所述高电平输出给所述控制电路，所述控制电路为所述升降动力装置供电，使所述升降动力装置工作。

7.根据权利要求5所述的高度自反馈浮力减重飞行器，其特征在于：所述反射式高度测量装置，采用一主动式红外测距装置，所述信号发射装置采用一红外发射装置，所述信号接收装置采用一红外接收装置。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的高度自反馈浮力减重飞行器，其特征在于：所述高度自反馈浮力减重飞行器在空气中的浮力与自身重力的差值，小于自身重力值的十分之一，大于自身重力值的二百分之一。

9.根据权利要求1至7中任意一项所述的高度自反馈浮力减重飞行器，其特征在于：所述悬浮定位系统可拆卸的固定在所述气囊主体上；是通过粘合固定在所述气囊主体上。

10.根据权利要求1至7中任意一项所述的高度自反馈浮力减重飞行器，其特征在于：所述高度自反馈浮力减重飞行器不安装飞行动力系统。