CN106240784A - 一种长航时飞艇 - Google Patents

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Abstract

一种长航时飞艇，它包括水蒸气室（1）、氦气室（2）、空气室（3）、吊舱（4）、水蒸气发生器（11）、空气冷凝器（13）、水分离器（15）、冷水箱（18）、热水箱（20）和飞机活塞式发动机（22）和艇身（25），本发明优点是：在低能耗设计的基础上，从调节飞艇浮力和收集压舱水两方面解决了制约飞艇长航时飞行的重浮力平衡难题。具体体现在以下三点：1、充分使用飞艇发动机能量约1/3的能力被尾气带走，利用水的相变迅速获取热量并产生水蒸气给飞艇提供辅助升力，减小了氦气的消耗，无需使用额外能源，同时冷却了发动机尾气，为从尾气中收集压舱水提供基础。

Description

一种长航时飞艇
技术领域
本发明涉及浮空飞行器领域，具体涉及一种长航时飞艇。
背景技术
目前，飞艇的巡航动力装置一般采用活塞发动机，其长航时一般3天以上飞行是现阶段的技术难点，主要原因有两点：一是飞行过程燃油消耗会导致飞艇总重“变轻”，而浮力不变；二是温差变化昼夜、高度变化会导致飞艇的“净浮力”发生大幅度波动，给飞艇的飞行姿态控制带来了困难。为了实现飞艇的长时间续航一般会采取：
a 动升力技术
通过改变尾翼舵面的偏角可使飞艇产生正或负攻角，从而具有向上或下的动升力。飞艇在巡航过程中，过大的正或负攻角，会导致飞艇的阻力系数迅速增大、推进效率降低，不利于长航时飞行。
b 放氦氢气技术
在飞艇升空前，在充入必要的氦气量的基础上，再充入一定量的计划排放的浮生气体如氢气，从而使浮力满足飞艇的起飞要求，升空后随着燃油不断消耗，将多余的浮升气体逐渐放掉，以实现重浮力的平衡。然而氦气是稀缺资源，氢气易燃易爆。
c 氦气压缩技术
在飞行过程中，将氦气囊中适量的氦气压缩至氦气存储设备中，减小了氦气囊的体积，从而减小飞艇浮力。氦气压缩设备和氦气储存设备的研制，在功耗和重量等方面存在较大困难。
航空发动机排放的尾气中含有大量的高品位热量和水蒸气，如能将热量充分利用并收集发动机尾气中的部分水存储在飞艇上，便可有效的补充燃油消耗所产生的重量减少，在一定程度上提高飞艇的长航时能力和载重能力。
发明内容
本发明的目的就是针对上述之不足，而提供一种长航时飞艇。
本发明包括水蒸气室、氦气室、空气室、吊舱、水蒸气发生器、空气冷凝器、水分离器、冷水箱、热水箱和飞机活塞式发动机和艇身，艇身上设有排气口和充气口，水蒸气室上设有排气口和充气口，艇身内设有氦气室、一对空气室和水蒸气室，水蒸气室的排气口通过管道与艇身上的排气口相通，水蒸气室的充气口通过管道分别与艇身上的充气口和一对空气室的其中一个空气室相通，吊舱安装在艇身上，飞机活塞式发动机安装在吊舱上，水蒸气发生器、空气冷凝器、水分离器、冷水箱和热水箱分别安装在吊舱内，热水箱和的出水口与水蒸气发生器的进水口相通，水蒸气发生器的进气口与飞机活塞式发动机的尾气排气口处相通，水蒸气发生器的蒸汽出气口通过管道分别与水蒸气室、大气和空气冷凝器相通，且蒸气发生器的蒸汽出气口处与大气和空气冷凝器之间设有三通电动活门，空气冷凝器通过管道与水分离器的进口相通，水分离器的出气口通过抽吸风机与大气相通，冷水箱上设有A出水口和B出水口，水分离器的出水口通过管道与冷水箱的进水口相通，冷水箱的A出水口处设有排水阀，冷水箱的B出水口通过管道与热水箱的进水口相通。
水蒸气室1内设有温度传感器和压力传感器。
水蒸气室1的顶部通过绳索与艇身顶部相连。
水蒸气室内表面涂覆憎水涂层。
艇身上的排气口和充气口处分别设有排气电动活门和手动活门。
水蒸气室与一对空气室的其中一个空气室之间设有充气电动活门。
空气冷凝器与水分离器之间设有流量传感器。
本发明优点是：在低能耗设计的基础上，从调节飞艇浮力和收集压舱水两方面解决了制约飞艇长航时飞行的重浮力平衡难题。具体体现在以下三点：1、充分使用飞艇发动机能量约1/3的能力被尾气带走，利用水的相变迅速获取热量并产生水蒸气给飞艇提供辅助升力，减小了氦气的消耗，无需使用额外能源，同时冷却了发动机尾气，为从尾气中收集压舱水提供基础。2、在浮力需求减少时，可将水蒸气排出，充入空气，同时收集发动机尾气冷凝水作为压舱物增加飞艇重量，利于飞艇实现长航时飞行。3、利用发动机螺旋桨尾流对空气冷凝器进行冷却，减少能源消耗，降低重量。
附 图 说 明
图1是本发明结构示意图。
图2是本发明工作原理结构示意图。
具体实施方式
如图1、2所示，本发明包括水蒸气室1、氦气室2、空气室3、吊舱4、水蒸气发生器11、空气冷凝器13、水分离器15、冷水箱18、热水箱20和飞机活塞式发动机22和艇身25，艇身25上设有排气口和充气口，水蒸气室1上设有排气口和充气口，艇身25内设有氦气室2、一对空气室3和水蒸气室1，水蒸气室1的排气口通过管道与艇身25上的排气口5相通，水蒸气室1的充气口通过管道分别与艇身25上的充气口和一对空气室3的其中一个空气室相通，吊舱4安装在艇身25上，飞机活塞式发动机22安装在吊舱4上，水蒸气发生器11、空气冷凝器13、水分离器15、冷水箱18和热水箱20分别安装在吊舱4内，热水箱和20的出水口与水蒸气发生器11的进水口相通，水蒸气发生器11的进气口与飞机活塞式发动机22的尾气排气口处相通，水蒸气发生器11的蒸汽出气口通过管道分别与水蒸气室1、大气和空气冷凝器13相通，且蒸气发生器11的蒸汽出气口处与大气和空气冷凝器13之间设有三通电动活门12，空气冷凝器13通过管道与水分离器15的进口相通，水分离器15的出气口通过抽吸风机16与大气相通，冷水箱18上设有A出水口和B出水口，水分离器15的出水口通过管道与冷水箱18的进水口相通，冷水箱18的A出水口处设有排水阀17，冷水箱18的B出水口通过管道与热水箱20的进水口相通。
水蒸气室1内设有温度传感器和压力传感器。
水蒸气室1的顶部通过绳索与艇身25顶部相连。
水蒸气室1内表面涂覆憎水涂层。
艇身25上的排气口和充气口处分别设有排气电动活门5和手动活门10。
水蒸气室1与一对空气室3的其中一个空气室之间设有充气电动活门9。
空气冷凝器13与水分离器15之间设有流量传感器14。
飞机活塞式发动机22安装在吊舱4上或飞艇25上。
工作原理：氦气室2中充满氦气用于提供主浮力，用鼓风机抽吸环境空气充入空气室3用于保持飞艇外形，活塞发动机22驱动螺旋桨为飞艇飞行提供推进力，同时发动机的尾气通过水蒸气发生器11放热使其产生水蒸气充入水蒸气室1提供辅助升力。同时水的相变吸收大量的热量，使发动机尾气温度大为降低，为空气冷凝器13进一步冷却尾气提供基础。
水蒸气室1内表面涂覆憎水涂层，顶部通过绳索7与飞艇顶部连接，水蒸气冷凝后的液态水在重力的作用下回流至热水箱20，通过热水泵21持续向水蒸气发生器11供水以产生水蒸气。
水蒸气室1顶部安装有排气电动活门5和排气管路6，便于水蒸气的排放以减小浮力；水蒸气室1底部通过充气三通管路8、充气电动活门9与空气室3连通，便于将空气室3的空气充入水蒸气室1中以增加飞艇重量，将补充部分飞艇燃油消耗的重量。
水蒸气室1底部通过充气三通管路8和手动活门10与外界连接，便于飞艇起飞前充入适量的水蒸气和加热氦气室2中的氦气以增加飞艇浮力，减少氦气的充入量。
空气冷凝器13由螺旋桨尾流提供冷却空气，使发动机尾气中的水蒸气冷凝成液态水，再经过水分离器15将其中的液态水分离出来储存在冷水箱18中作为压舱物，将补充部分飞艇燃油消耗的重量。
冷水泵19抽吸冷水箱18中水向热水箱20中补水。当飞艇需应急减重时，可通过排水阀17将冷水箱18中的水排出。
温度传感器23和压力传感器24通过测量水蒸气室1的温度和压力数据，按预设程序控制热水泵21的供水流量，使其产生适量的水蒸气。
流量传感器14测量通过空气冷凝器13的尾气流量，并根据发动机转速数据，调节三通电动活门12，使空气冷凝器13工作在最佳状态。
工作方式：飞艇起飞前开启排气电动活门5和手动活门10，利用相邻氦气室的压力将水蒸气室中空气排空。排气电动活门5和充电电动活门9处于关闭状态，将手动活门10连接地面水蒸气充气设备，充入适量的水蒸气提供辅助升力，同时加热相邻氦气室2中氦气提升浮力。
启动飞机活塞式发动机22，三通电动活门12处于与大气连通状态。热水箱中预装一定量热水90℃以上，根据温度传感器23、压力传感器24的数据，使热水泵21向水蒸气发生器11供水产生水蒸气使水蒸气室压力保持稳定。
飞艇处于正常飞艇状态时，依据发动机转速和流量传感器14数据，调节三通电动活门12，使空气冷凝器13工作在最佳状态。空气冷凝器13将部分发动机尾气中的水蒸气冷凝成液态水，再经过水分离器15将其中的液态水分离出来储存在冷水箱18中作为压舱物，将补充部分飞艇燃油消耗的重量。在热水箱20水量不足时，可从冷水箱18中抽水补充。
昼夜温差变化时，可调节水蒸气室的水蒸气量改变飞艇的浮力，使飞行高度保持稳定。飞行任务结束前，为保证飞艇安全降落，可排出所有水蒸气并充满空气，增加飞艇重量，减小浮力。

Claims (7)

1. 一种长航时飞艇，其特征在于它包括水蒸气室（1）、氦气室（2）、空气室（3）、吊舱（4）、水蒸气发生器（11）、空气冷凝器（13）、水分离器（15）、冷水箱（18）、热水箱（20）和飞机活塞式发动机（22）和艇身（25），艇身（25）上设有排气口和充气口，水蒸气室（1）上设有排气口和充气口，艇身（25）内设有氦气室（2）、一对空气室（3）和水蒸气室（1），水蒸气室（1）的排气口通过管道与艇身（25）上的排气口（5）相通，水蒸气室（1）的充气口通过管道分别与艇身（25）上的充气口和一对空气室（3）的其中一个空气室相通，吊舱（4）安装在艇身（25）上，飞机活塞式发动机（22）安装在吊舱（4）上，水蒸气发生器(11)、空气冷凝器(13)、水分离器(15)、冷水箱(18)和热水箱(20)分别安装在吊舱(4)内，热水箱和(20)的出水口与水蒸气发生器(11)的进水口相通，水蒸气发生器(11)的进气口与飞机活塞式发动机(22)的尾气排气口处相通，水蒸气发生器(11)的蒸汽出气口通过管道分别与水蒸气室(1)、大气和空气冷凝器(13)相通，且蒸气发生器(11)的蒸汽出气口处与大气和空气冷凝器(13)之间设有三通电动活门（12），空气冷凝器(13)通过管道与水分离器(15)的进口相通，水分离器(15)的出气口通过抽吸风机(16)与大气相通，冷水箱(18)上设有A出水口和B出水口，水分离器(15)的出水口通过管道与冷水箱(18)的进水口相通，冷水箱(18)的A出水口处设有排水阀(17)，冷水箱（18）的B出水口通过管道与热水箱（20）的进水口相通。
2.根据权利要求1所述的一种长航时飞艇，其特征在于水蒸气室（1）内设有温度传感器和压力传感器。
3.根据权利要求1所述的一种长航时飞艇，其特征在于水蒸气室（1）的顶部通过绳索与艇身25顶部相连。
4.根据权利要求1所述的一种长航时飞艇，其特征在于水蒸气室（1）内表面涂覆憎水涂层。
5.根据权利要求1所述的一种长航时飞艇，其特征在于艇身(25)上的排气口和充气口处分别设有排气电动活门5和手动活门(10)。
6.根据权利要求1所述的一种长航时飞艇，其特征在于水蒸气室(1)与一对空气室(3)的其中一个空气室之间设有充气电动活门(9)。
7.根据权利要求1所述的一种长航时飞艇，其特征在于空气冷凝器(13)与水分离器(15)之间设有流量传感器(14)。
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