CN104691735A - 升力体型系留式浮空平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种升力体型系留式浮空平台，包括气动外形和系留装置，气动外形下方连接有系留装置；气动外形为翼型状囊体，由多个气室组成，每个气室由上翼面、下翼面及左右两翼肋热合而成，囊体内部的翼肋上设有通气孔。本发明的浮空平台气动外形采用混合式布局，利用浮力与升力的结合，效率高，可有效减小翼型状囊体气动外形的体积，在空中稳定性较好。
Description
技术领域
本发明属于浮空器技术领域，特别是一种升力体型系留式浮空平台。
背景技术
目前，浮空器在国防、通讯中继平台建设、交通监控与指挥、气象预报、自然灾害监控等很多领域具有广阔的发展和应用空间。加快推进浮空器的发展对于我国科技创新、国防和应急通信建设有着十分重要的战略意义。目前世界上浮空器多使用以下几种布局形式：单囊体布局和混合式(浮升组合式) 布局。在中国特种飞行器研究所申蒸洋、凌人龙等人对“平流层飞艇布局研究”一文中，提到单囊体布局和混合式布局的优缺点。常规单囊体布局是一种成熟的飞艇布局形式，成形容易，设计、生产技术已经相对完善，但对于体积巨大的平流层飞艇来说，单囊体布局总长、总高均较大， 不利于制造、维护与使用。混合式布局能有效利用气动升力与浮力，效率较高，在相同任务载重和使用情况下，理论上可降低囊体的体积。但混合式布局气动阻力大，在不改变囊体体积的情况下，能源可能需要较大幅度增加。综上所诉，浮空器在研制发展阶段还存在很多要去克服的问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种升力体型系留式浮空平台，采用混合式布局，利用升力与浮力的结合，有效降低浮空平台翼型状囊体体积。形成气动外形翼型是新设计的翼型，通过流体仿真模拟，翼型升阻比得到较大提高。原理为在静风情况下，对浮空平台翼型状囊体进行充气，产生浮力，保持浮空；有风情况下，气动外形产生升力，抵消水平风阻的影响，承载任务载荷保持系留升空高度（或系留仰角）不变。
实现本发明目的的技术解决方案：升力体型系留式浮空平台包括气动外形、伞绳、系留绳和收放装置。气动外形为混合式布局，利用浮力与升力的结合，有效减小浮空平台翼型状囊体体积。浮空平台采用柔性机翼外形，本发明翼型是设计的新翼型，通过仿真计算验证与试验验证，俯仰力矩近乎为零，升阻比得到较大提高，浮空平台会较稳定并持久停留在空中。气动外形在静风条件下，利用结构内部所充密度轻于空气气体，产生浮力，自动浮空；在有风条件下，气动外形产生升力，随着风速增大，升力会逐渐增大，气动外形利用升力与浮力的结合，使浮空平台持久并稳定停留在空中。浮空平台两侧的稳定幅起到使整个浮空升力体横向稳定的作用，风向突变时，在两侧稳定幅的作用下，浮空平台会较快地恢复到原始姿态，并保持横向稳定性。伞绳汇聚到一点，与系留绳一端连接，系留绳另一端与收放装置连接，实现浮空平台的收放工作。。
本发明与现有技术相比，其显著优点是：（1）气动外形为翼型状囊体，翼型是设计的新翼型，通过流体仿真模拟与试验验证，升阻比得到提高，并且俯仰力矩近乎为零，浮空平台在空中稳定性较好。（2）气动外形采用混合式布局，利用浮力与升力的结合，效率高，可有效减小翼型状囊体气动外形的体积。
附图说明
附图是系留式浮空平台结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
结合附图，升力体型系留式浮空平台包括气动外形1和系留装置，系留装置包括伞绳2、系留绳3和收放装置4。气动外形1下翼面连接三组伞绳2，分别位于左右两侧和中间位置，三组伞绳2最终汇聚到一点，与系留绳3一端连接，系留绳另一端与收放装置4连接，实现浮空平台的收放工作。气动外形1为翼型状囊体，由四个气室组成，每气室由上翼面、下翼面及左右两翼肋热合而成，囊体内部的翼肋上设有通气孔。气动外形1为混合式布局，利用浮力与升力的结合，有效减小浮空平台体积。浮空平台采用柔性机翼外形，本发明翼型是设计的新翼型，首先确定平均弯度线坐标为NACA6系列30%厚度翼型的上翼面曲线坐标，然后确定对称线坐标为后缘反弯度中弧线坐标，最后利用坐标对称性，绘制出翼型的下翼面曲线。通过流体仿真计算与试验验证，俯仰力矩近乎为零，升阻比得到提高，浮空平台会较稳定停留在空中。气动外形1的材料采用TPU膜，展弦比为0.8，体积约为13m3。气动外形1在静风条件下，利用囊体内部所充密度轻于空气的气体，产生浮力，自动浮空；在有风条件下，气动外形1产生升力，随着风速增大，升力会逐渐增大，利用升力与浮力的结合，浮空平台持久并稳定停留在空中。翼型状囊体的气动外形两侧对称的设有稳定幅5，起到使整个浮空平台横向稳定的作用，风向突变时， 在两侧稳定幅5的作用下，浮空平台会较快地恢复到原始姿态，并保持横向稳定性。此浮空平台经过四次空中试验，升空高度分别为200米、500米、800米、1000米，地面监测仪显示浮空平台的姿态较稳定，俯仰角范围小，说明此浮空平台稳定性较好，证明设计的合理性。
Claims (7)
1.一种升力体型系留式浮空平台，其特征在于：包括气动外形[1]和系留装置；气动外形[1]下方连接有系留装置；气动外形[1]为翼型状囊体，由多个气室组成，每个气室由上翼面、下翼面及左右两翼肋热合而成，囊体内部的翼肋上设有通气孔。
2.根据权利要求1所述的升力体型系留式浮空平台，其特征在于：所述系留装置包括伞绳[2]、系留绳[3]和收放装置[4]，若干组伞绳[2]连接在气动外形[1]下翼面，伞绳[2]最终汇聚到一点，与系留绳[3]一端连接，系留绳[3]另一端与收放装置[4]连接，实现浮空平台的收放工作。
3.根据权利要求1所述的升力体型系留式浮空平台，其特征在于：所述伞绳[2]为三组。
4.根据权利要求1所述的升力体型系留式浮空平台，其特征在于：所述收放装置[4]为绞盘车。
5.根据权利要求1所述的升力体型系留式浮空平台，其特征在于：所述翼型状囊体由PVC膜制成，囊体内部充密度轻于空气的气体。
6.根据权利要求1所述的升力体型系留式浮空平台，其特征在于：气动外形[1]的翼型状囊体形成由二维翼型旋转扫略而成；首先确定囊体上翼面平均弯度线坐标，然后确定囊体翼型对称线坐标为后缘反弯度中弧线坐标，最后利用坐标对称性，绘制出囊体翼型的下翼面曲线。
7.根据权利要求1所述的升力体型系留式浮空平台，其特征在于：气动外形[1]两侧对称设有稳定幅[5]，稳定幅由高强涤丝晶格绸制成。
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2013
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