CN106184693A - 一种平流层飞艇副气囊充放气系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平流层飞艇副气囊充放气系统，所述副气囊的进出口连接有换热器、第六阀门和第一风机，其中第一风机的进口设置有第二电加热器，第一风机的出口通过第五阀门连接笛形管，第一风机的出口还通过第四阀门与副气囊的进出口相连通，换热器的出口B还通过管路依次连接有第二阀门、第一电加热器和第一阀门，第一电加热器的进口C还通过第三阀门与副气囊的进出口相连通。本发明在保证飞艇副气囊正常工作的前提下为飞艇舱内的电子设备提供了一定的制冷量，同时利用舱内电子设备的发热以及在管路上增加电加热器为气体加热，避免了系统中阀门、风机等设备结冰故障的发生。该系统结构简单、冗余度高。本发明还公开了系统的充放气方法。

Description

一种平流层飞艇副气囊充放气系统及方法

技术领域

本发明涉及一种平流层飞艇副气囊充放气系统及方法，属于飞行器环境控制技术领域。

背景技术

随着现代航空航天技术的发展，以及新的军事技术革命的进展，战场态势变得越来越复杂。目前各国已意识到，防空的瓶颈是尽早发现和跟踪目标，浮空器就是一种用来探测、跟踪军事目标的好平台。不仅如此，浮空器还可以应用于国土资源观测、海洋监测、环境保护、防灾减灾、精细农业、水利监测、大地测绘、城市规划与管理等各个方面。因此，许多国家多年来一直重视对平流层飞艇的研究，但国内外多次试飞来看，目前对平流层飞艇庞大而又复杂系统的研究还不够充分。例如2011年7月，HAA(高空飞艇)项目的缩比验证艇(HALE-D)进行首次试飞，因副气囊阀门结冰故障导致飞艇在升至9754米时迫降，最后整个试飞过程宣告失败。另外，经过国内外多次试飞实验还发现在高空飞艇升降过程中，由于环境温湿度的改变，可能会在这些艇载设备上出现结露或凝霜现象，一些机械运动机构如风机等设备由于冰冻出现卡滞，电子设备由于结露生的水滴出现短路、击穿而损坏，艇载设备可能因此无法工作，严重情况下，因为艇载设备的失效将出现高空飞艇的损毁。因此如何利用平流层飞艇系统中有限的能源，科学可靠地解决平流层飞艇在高空作业时副气囊阀门、风机等设备的结冰、结霜问题，对于提升我国在平流层飞艇领域的水平具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述存在的技术问题和缺陷，而提供一种平流层飞艇副气囊充放气系统及方法。

本发明的系统既能保证飞艇副气囊充放气功能，同时又能供给舱内电子设备一定制冷量且维护系统内阀门、风机在恶劣大气环境中不结冰。

为了达到上述目的，本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种平流层飞艇副气囊充放气系统，包括副气囊，所述副气囊的进出口通过管路依次连接有用于冷却飞艇吊舱舱内电子设备的换热器、第六阀门和进口连通外界的第一风机，所述第一风机的进口还设置有受用于检测外界空气温度的第三温度传感器控制的第二电加热器，所述第一风机的出口还通过第五阀门连接有设置在电子设备上方的笛形管，所述第一风机的出口还通过设置有第四阀门的管路与所述副气囊的进出口相连通，所述第四阀门受用于检测所述舱内电子设备温度的第二温度传感器控制，所述换热器的出口B还通过管路依次连接有第二阀门、第一电加热器和第一阀门，所述第一阀门连通外界，所述第一电加热器的进口C还通过设置有第三阀门的管路与所述副气囊的进出口相连通，所述第一电加热器、所述第三阀门以及所述第五阀门均受设置在所述换热器出口B的第一温度传感器控制。

进一步，所述换热器为板式换热器，其一侧设置有第二风机，另一侧连通所述舱内电子设备。

优选的，所述第一风机为轴流式风机。

进一步，所述第二温度传感器设置在所述舱内电子设备的散热口。

本发明的一种平流层飞艇副气囊充放气系统的充放气方法，具体内容是：

1、放气方法，具体步骤如下：

第一步，关闭所述第四阀门和所述第六阀门；

第二步，打开所述第一阀门和所述第二阀门；

第三步，设置所述第五阀门和所述第一风机由所述第一传感器正向控制，所述第一加热器和所述第三阀门由所述第一传感器反向控制；即当所述第一温度传感器检测到温度过低时，关闭所述第五阀门和所述第一风机，开启所述第一电加热器和所述第三阀门；当所述第一温度传感器检测到温度过高时，开启所述第五阀门和所述第一风机，关闭所述第一电加热器和所述第三阀门。

2、充气方法，具体步骤如下：

第一步，关闭所述第一阀门、所述第二阀门、所述第三阀门和所述第五阀门；

第二步，打开所述第六阀门；

第三步，设置所述第四阀门由所述第二温度传感器反向控制，所述第一风机由所述第二温度传感器正向控制，设置所述第二电加热器由所述第三温度传感器反向控制；即当所述第二温度传感器检测到温度过低时，关小第四阀门，开大所述第一风机；当所述第二温度传感器检测到温度过高时，开大所述第四阀门，关小所述第一风机，当所述第三温度传感器检测到温度过高时，关闭所述第二电加热器，当所述第三温度传感器检测到温度过低时，打开所述第二电加热器。

系统原理：

1)放气过程：气体经过所述副气囊的进出口和所述换热器、所述第二阀门、所述第一电加热器以及所述第一阀门排出，当气体进过所述换热器时为所述舱内电子设备散热。

当所述第一温度传感器检测到所述换热器出口B的气体温度过低时，控制所述第一电加热器启动为气体加热，同时打开所述第三阀门将部分气体分流；

当所述第一温度传感器检测到所述换热器出口B的气体温度过高时，控制所述第一电加热器关闭，同时打开所述第五阀门，启动所述第一风机，此时外界气体被所述第一风机吸入通过所述笛形管为所述舱内电子设备散热。

2)充气过程：气体由所述第一风机吸入经过所述第六阀门和所述换热器，并由所述副气囊的进出口为副气囊充气，当气体经过所述换热器时为所述舱内电子设备散热。

当所述第二温度传感器检测到所述舱内电子设备的温度过高时，控制所述第四阀门关小、控制所述第一风机开大来提升制冷量；

当所述第二温度传感器检测到所述舱内电子设备的温度过低时，控制所述第四阀门开大、控制所述第一风机关小，来降低制冷量；

当所述第三温度传感器检测到舱外温度过低时，控制所述第二电加热器启动为气体加热，避免所述第一风机结冰，反之则关闭所述第二电加热器。

在上述所述中，所述副气囊中排出的气体及充气过程中外界的大气相当于所述舱内电子设备的所述换热器的冷源。进一步，在放气过程中所述副气囊中的空气被所述舱内电子设备的余热加热从而吸收热量能防止位于出口跟外界相连的所述第一阀门结冰。本发明无论是充气过程还是放气过程均考虑了冗余设计，因此结构简单、可靠性高。

本发明的优点和有益效果主要是：

本发明在保证飞艇副气囊正常工作的前提下为飞艇舱内的电子设备提供了一定的制冷量，同时利用舱内电子设备的发热以及在管路上增加电加热器，从而防止了系统中阀门、风机等设备结冰，避免了故障的发生。本发明的系统结构简单、冗余度高。方法的可操作性好。

附图说明

图1是本发明实施例原理图；

图中：1、第一阀门，2、第一电加热器，3、第二阀门，4、第一温度传感器，5、第三阀门，6、换热器，7、舱内电子设备，8、第二温度传感器，9、副气囊的进出口，10、第四阀门，11、笛形管，12、第五阀门，13、第六阀门，14、第一风机，15、第二电加热器，16、第三温度传感器，17、飞艇吊舱舱壁。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示：为本发明的一种平流层飞艇副气囊充放气系统，包括副气囊，所述副气囊的进出口9通过管路依次连接有用于冷却飞艇吊舱舱内电子设备7的换热器6、第六阀门13和进口连通外界的第一风机14，所述第一风机14的进口还设置有受用于检测外界空气温度的第三温度传感器16控制的第二电加热器15，所述第一风机14的出口还通过第五阀门12连接有设置在电子设备7上方的笛形管11，所述第一风机14的出口还通过设置有第四阀门10的管路与所述副气囊的进出口9相连通，所述第四阀门10受用于检测所述舱内电子设备7温度的第二温度传感器8控制，所述换热器6的出口B还通过管路依次连接有第二阀门3、第一电加热器2和第一阀门1，所述第一阀门1连通外界，所述第一电加热器2的进口C还通过设置有第三阀门5的管路与所述副气囊的进出口9相连通，所述第一电加热器2、所述第三阀门5以及所述第五阀门12均受设置在所述换热器6出口B的第一温度传感器4控制。

所述换热器6为板式换热器，其一侧设置有第二风机，另一侧连通所述舱内电子设备7。

所述第一风机14为轴流式风机。

所述第二温度传感器8设置在所述舱内电子设备7的散热口。

所述第三温度传感器16设置在所述飞艇吊舱舱壁17外侧。

方法实施例

上述的平流层飞艇副气囊充放气系统的放气方法，

当飞艇在上升过程中，外界气压力降低，副气囊体积增大，为了维持飞艇的总体积不变，副气囊需要向外排出气体；

第一步，关闭所述第四阀门10和所述第六阀门13；

第二步，打开所述第一阀门1和所述第二阀门3；

第三步，设置所述第五阀门12和所述第一风机14由所述第一传感器4正向控制，所述第一加热器2和所述第三阀门5由所述第一传感器4反向控制；即：当所述第一温度传感器4检测到温度过低时，关闭所述第五阀门12和所述第一风机14，开启所述第一电加热器2和所述第三阀门5；当所述第一温度传感器4检测到温度过高时，开启所述第五阀门12和所述第一风机14，关闭所述第一电加热器2和所述第三阀门5。

上述的平流层飞艇副气囊充放气系统的充气方法，

飞艇在下降过程中，外界大气升高，副气囊体积减小，为了维持飞艇的总体积不变，副气囊需要进行充气；

第一步，关闭所述第一阀门1、所述第二阀门3、所述第三阀门5和所述第五阀门12；

第二步，打开所述第六阀门13；

第三步，设置所述第四阀门10由所述第二温度传感器8反向控制，所述第一风机14由所述第二温度传感器8正向控制，设置所述第二电加热器15由所述第三温度传感器16反向控制；即：当所述第二温度传感器8检测到温度过低时，关小第四阀门4，开大所述第一风机14；当所述第二温度传感器8检测到温度过高时，开大所述第四阀门4，关小所述第一风机14，当所述第三温度传感器8检测到温度过高时，关闭所述第二电加热器15，当所述第三温度传感器8检测到温度过低时，打开所述第二电加热器15。

系统原理：

放气过程：气体经过所述副气囊的进出口9和所述换热器6、所述第二阀门3、所述第一电加热器2以及所述第一阀门1排出，当气体进过所述换热器6时为所述舱内电子设备7散热。

当所述第一温度传感器4检测到所述换热器6出口B的气体温度过低时，控制所述第一电加热器2启动为气体加热，同时打开所述第三阀门5将部分气体分流；

当所述第一温度传感器4检测到所述换热器6出口B的气体温度过高时，控制所述第一电加热器2关闭，同时打开所述第五阀门12，启动所述第一风机14，此时外界气体被所述第一风机14吸入通过所述笛形管11为所述舱内电子设备7散热。

充气过程：气体由所述第一风机14吸入经过所述第六阀门13和所述换热器6，并由所述副气囊的进出口9为副气囊充气，当气体经过所述换热器6时为所述舱内电子设备7散热。

当所述第二温度传感器8检测到所述舱内电子设备7的温度过高时，控制所述第四阀门10关小、控制所述第一风机14开大来提升制冷量；

当所述第二温度传感器8检测到所述舱内电子设备7的温度过低时，控制所述第四阀门10开大、控制所述第一风机14关小，来降低制冷量；

当所述第三温度传感器16检测到舱外温度过低时，控制所述第二电加热器15启动为气体加热，避免所述第一风机14结冰，反之则关闭所述第二电加热器15。

在上述实施例中，所述副气囊中排出的气体及充气过程中外界的大气相当于所述舱内电子设备7的所述换热器6的冷源。进一步，在放气过程中所述副气囊中的空气被所述舱内电子设备7的余热加热从而吸收热量能防止位于出口跟外界相连的所述第一阀门1结冰。本发明无论是充气过程还是放气过程均考虑了冗余设计，因此结构简单、可靠性高。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (6)

1.一种平流层飞艇副气囊充放气系统，包括副气囊，其特征在于：所述副气囊的进出口(9)通过管路依次连接有用于冷却飞艇吊舱舱内电子设备(7)的换热器(6)、第六阀门(13)和进口连通外界的第一风机(14)，所述第一风机(14)的进口还设置有受用于检测外界空气温度的第三温度传感器(16)控制的第二电加热器(15)，所述第一风机(14)的出口还通过第五阀门(12)连接有设置在电子设备(7)上方的笛形管(11)，所述第一风机(14)的出口还通过设置有第四阀门(10)的管路与所述副气囊的进出口(9)相连通，所述第四阀门(10)受用于检测所述舱内电子设备(7)温度的第二温度传感器(8)控制，所述换热器(6)的出口B还通过管路依次连接有第二阀门(3)、第一电加热器(2)和第一阀门(1)，所述第一阀门(1)连通外界，所述第一电加热器(2)的进口C还通过设置有第三阀门(5)的管路与所述副气囊的进出口(9)相连通，所述第一电加热器(2)、所述第三阀门(5)以及所述第五阀门(12)均受设置在所述换热器(6)出口B的第一温度传感器(4)控制。

2.根据权利要求1所述的一种平流层飞艇副气囊充放气系统，其特征在于：所述换热器(6)为板式换热器，其一侧还设置有第二风机，另一侧连通所述舱内的电子设备(7)。

3.根据权利要求1所述的一种平流层飞艇副气囊充放气系统，其特征在于：所述第一风机(14)为轴流式风机。

4.根据权利要求1所述的一种平流层飞艇副气囊充放气系统，其特征在于：所述第二温度传感器(8)设置在所述舱内电子设备(7)的散热口。

5.一种根据权利要求1至4任意一项所述的平流层飞艇副气囊充放气系统的放气方法，其特征在于具体步骤如下：

第一步，关闭所述第四阀门(10)和所述第六阀门(13)；

第二步，打开所述第一阀门(1)和所述第二阀门(3)；

第三步，设置所述第五阀门(12)和所述第一风机(14)由所述第一传感器(4)正向控制，所述第一加热器(2)和所述第三阀门(5)由所述第一传感器(4)反向控制；即当所述第一温度传感器(4)检测到温度过低时，关闭所述第五阀门(12)和所述第一风机(14)，开启所述第一电加热器(2)和所述第三阀门(5)；当所述第一温度传感器(4)检测到温度过高时，开启所述第五阀门(12)和所述第一风机(14)，关闭所述第一电加热器(2)和所述第三阀门(5)。

6.一种根据权利要求1至4任意一条所述的平流层飞艇副气囊充放气系统的充气方法，其特征在于具体步骤如下：

第一步，关闭所述第一阀门(1)、所述第二阀门(3)、所述第三阀门(5)和所述第五阀门(12)；

第二步，打开所述第六阀门(13)；

第三步，设置所述第四阀门(10)由所述第二温度传感器(8)反向控制，所述第一风机(14)由所述第二温度传感器(8)正向控制，设置所述第二电加热器(15)由所述第三温度传感器(16)反向控制；即当所述第二温度传感器(8)检测到温度过低时，关小所述第四阀门(10)，开大所述第一风机(14)；当所述第二温度传感器(8)检测到温度过高时，开大所述第四阀门(10)，关小所述第一风机(14)，当所述第三温度传感器(16)检测到温度过高时，关闭所述第二电加热器(15)，当所述第三温度传感器(16)检测到温度过低时，打开所述第二电加热器(15)。