CN107187576A - 载重pk-1300kg飞艇 - Google Patents

Abstract

吊舱结构吊舱分驾驶舱、底板、侧舱板，隔离舱，尾舱，紧固框六个组件组装而成。尾舱上部装燃油，油舱孔盖上方安装一具灭火器。驾驶舱，侧舱板，底板都有防弹层。动力部份(1)、发动机、螺旋桨采用美国莱康明公司生产的活塞式发动机，采用德国生产的五叶变矩螺旋桨。(2)、拉力矢量机构我设计由电动机带动蜗轮箱，蜗轮箱带动齿环，齿环带传动轴，发动机架控制着发动机工作姿态在‑35度‑90度之间变化。2、飞艇吊挂系留飞艇吊舱上沿压紧吊挂布与囊体外圆相切。飞艇吊舱隔离舱底部安装一台绞车，飞艇快到起降坪时，驾驶员打开绞车舱门，将绞索垂向地面。见附图：1。

Description

载重PK-1300KG飞艇

一、技术领域 飞艇属于民用航器范围，也可称为浮空器。

飞艇十九世纪初就有了，比飞机早许多年。可是今天的飞艇与飞机相比，差距太大了。有人说：飞艇过时了；又有人说：飞艇不安全；还有人说：飞艇速度太慢，我认为：说这种话的人都是不了解飞艇的人，是用现代飞机与传统飞艇来比较。现代飞艇与传统飞艇已不可同日而语，在留空时间，续航能力，安全飞行方面比现代飞机有很强的优势。速度比船，汽车要快，与直升机速度差不多，性能相似，但载重量要直升机大得多。随着现代飞艇的发展，21时世纪二十至五十年代飞艇将走向辉煌。

1、飞艇标准 目前，中国还没有完备的飞艇标准，我且按自己对飞艇研究制订标准规范如下：

小型飞艇	20人(商载1500kg)以下；
		中小型飞艇	80人(商载6500kg)以下；
中型飞艇	150人(商载11250kg)以下；

2、适航标准 我将为北京鹏空飞艇科研中编撰一部企业《飞艇标准》，在此先不论。

二、背景技术

1、飞机 是由机翼与发动机产生升力的飞行器。

2、直升机 是由旋翼产生升力的飞行器

3、飞艇 是由升力气体产生升力的飞行器。

三、载重1300kg飞艇发明专利说明

载重1300kg飞艇载客16人(1300KG)，属于小型载人飞艇。

1、总体设计方案

飞艇的升空及飞行原理都是一样的，关键是采用什么样的设计方案，而我采用的设计方案与他人不同，其优势在于。

(1)总体技术要求

a、先进性 设计理念要先进，应按21世纪的思想设计飞艇。充分利用当今的航空技术，为飞艇所用。

b、可靠性 应用现代航空技术时，采用经实践检验过的成熟技术。涉及到某个重要零、部件必须由国家有关单位出具的实验或检测报告。

c、适航标准 载重1300kg飞艇属于20人以下的小型飞艇，中国民航总局只有9人以下的飞艇标准(AC-21-09)《飞艇适航标准》)，载重1300kg飞艇按鹏空飞艇设计标准下进行设计。

d、舒适性 考虑到载重1300kg飞艇的用户，飞艇的内饰参照豪华面包汽车的档次设计，使乘客感到舒适、美观、大方，又享受生活之感。

e、飞行性能 载重1300kg飞艇的巡航速度定在100-120km/h，最大速度在150 -180km/h为宜，类似汽车速度。飞艇可以垂直升空，大倾角向降落，其操作简单，易学，有夜间、白天、雨天、雾天、中雨气候条件下的飞行能力。有一次加油不低于2000km的航程。飞艇降落时，系留应简单、便捷。

f、主要性能参数

最大商载	2000kg	额定商载	1300kg(16人)
				最大速度	150-180km/h	巡航速度	100-120km/h
最大航程	2200-3800km	续航时间	24-36h
				飞行高度	5-3000m	巡航高度	100-2000m
抗风能力	≥6.5级(空中)	抗雾能力	中雾
				动力装量	活塞式发动机	动力功率	350hp×2
拉力矢量	-35°-90°	螺旋桨	2付变矩拉力浆
				系留方式	机械系留	起降坪	直径18m
驾驶人员	2人	地勤人员	5人

g、地面设施 我设计飞艇时，将地面设施也考虑在内。飞艇降落时，驾驶员很难准确地降落在一个固定的地点，我设计的飞艇用机械方式可将飞艇准确地降到起降坪上，并同时系留。飞艇在地面移动时，由地勤东拖拽过去，地勤人员全部在地勤车上。

(2)总体设计方案

载重1300kg飞艇是由囊体、吊舱、动力、航电设备、地勤保障五大部份组成。囊体是飞艇的升立体，当升立体充入囊体后，囊体产生的升力将飞艇的所有载荷载向空中。吊舱是承载载荷的载体，乘员、乘客都将通过吊舱升空。飞艇的飞行是靠发动机螺旋桨产生的拉力进行，飞艇的航向和升降靠尾翼的舵面来实现。飞艇降落时，将飞艇降到起降坪后上方10-30米高度，抛下绞索，地勤人员将绞索与系留锁扣紧，驾驶员操作绞东，将飞艇拉降到起降坪。

头盔位于囊体头部，起抗风和将气流分开的作用。囊体为飞艇的升力体，充入氦气后将载荷载入空中。尾翼是控制飞行的舵。吊舱是载客、驾驶、飞行的多功能舱室。

见附图1 :1300kg 飞艇总图

囊体

囊体外形，我设计的囊体外形流线好，长细比适当。囊体的中段，也就是升力中心部位采用了直线段。直线段的圆柱体体积最大，在相同迎风面积条件下，我设计的囊体充气容积最大。囊体的头部和尾部外形是两不同半径的椭圆，然后用双曲线与椭圆和直线相切。与现在某些飞艇相比，我设计的囊体迎风阻力小，摩擦力小，而且显得修长，美观，再有，直线段便于吊舱吊挂。

囊体气囊我设计成三个主气囊，也就是将囊体分成三段。这三段之间有一个连通的孔。连通孔可以使三个气囊之间的气体可以相对流动。这样设计的优点是，万一其中一个气囊被挂破，另外两个气囊仍有一定的升力气体。以确保飞艇不会因飞艇漏气而坠毁。中间气囊内有一个副气囊，该副气囊与主气囊割断。充空气后，使气囊内升力气体比重增大，升力下降，飞艇降低高度。反之，飞艇增加高度。

目前，世界各国没有生产囊体材料的专业厂商，都是根据需求委托加工，我设计的囊体 材料，受力层：采用上海生产的高模聚乙烯纤维仿织而成，该材料强度超过钢丝；气密层：采用保定生产的PVC高密度薄膜，该膜气密性好，在国内、国外都属于优良产品；抗老化层：准备系用美国的材料，具体名称型号尚未洽谈。可以说，我设计的囊体材料属于世界先进水平。

见附图2: 1300kg 飞艇囊体图

囊体的头盔是椭圆，前段双曲线，中段直线，后段双曲线，尾椭圆。囊体径向、纬向、斜向都可受力。尾翼采用⊥型，固定在尾箍上。

尾翼舵机 我设计的飞艇系用⊥型尾翼而不采冈×形或+形，⊥形尾翼的优点是可靠，而且重量小于×或+形尾翼。×或+形尾翼在降落时，操作不好，容易发生下垂尾触地的事故，⊥形尾翼则不会发生。目前，中国没有飞艇专用舵机，遥控飞艇采用航模飞机的舵机，该舵机很小，受风影响很大，我设计的舵机由蜗轮箱和齿轮箱组合而成，体积小，效率大。

舵机由外壳、传动伞齿轮、传动轴、微电机组成。通电后，微电机转动，使两个伞齿轮转动方向变化，传给传动轴，传动轴带动舵面来回转动。

见附图3: 1300kg 飞艇舵机

3、吊舱

吊舱外形 我设计的吊舱外形类似船形，吊舱的头部和尾部都是椭圆，然后用双曲线与椭圆和直线相切，外形流畅，对空气阻力较小。由于1300kg飞艇速度较低，吊舱的长细比大于囊体，其目地主要使吊舱内部宽敝、舒适，客舱内有八把对坐座椅，中间有小餐桌。座椅可向后仰角120度，椅面也比现有飞机座椅宽，两人挨着时，不觉得挤，行走过道也比飞机宽。该飞艇的卫生间比飞机的大一些，乘客方便时不显得狭小。客舱内铺塑胶地板，舱壁图案美观，舱顶板有吸音功能，灯饰美观大方。客舱内有两台电视显示屏，比飞机上的略大，供乘客观看。隔窗观望美景极为方便。隔离舱是将客舱与尾舱分开的舱段，主要作用为：其一，尾舱内有大量燃油，万一失火，不会立刻影响客舱；其二，承载发动机通过悬臂传到机匣的载荷；其三，承载飞艇系留期间的各项载荷，其四，空间作为食品柜，储物箱。尾舱分上下两部分，上部分为燃油舱，油舱上盖有一个灭火器。下部为水舱，可储存1.5吨左右的压舱水。驾驶舱前端装夜航器，仪表板有夜航显示屏。飞行、航电设备装在驾驶两侧。绞车有50米长的系留绳，由驾驶员控制向地面收放系留绳。舱门下翻，打开舱门是步梯。

见附图4: 1300kg 飞艇吊舱

吊舱结构 1300kg飞艇吊舱结构分驾驶舱、底板、侧舱板、隔离舱、尾舱、紧固框六大部件组装而成。为了提高每个部件的刚度，部件内结构采用铝合金，外包蒙皮采用玻璃钢材料，底板采用蜂窝玻璃钢，紧固部位和底板结构为铝合金预埋件。驾驶舱、侧舱板、底板与相邻外蒙皮有5毫米厚的防弹层。风挡玻璃和观望玻璃内有高强度纤维，在200米以外的距离可阻止7.62毫米枪弹击穿，在防弹层与内壁板之间是用防火材料制作的保温层。隔离舱从机匣向下是吊舱的主受力件，发动机通过悬臂将各方向的力传到机匣，还要承载尾舱由燃油和压舱水重力产生的载荷，机匣下边中间位置安装一台绞车，绞车将绞索垂向地面，和系留器扣紧。那么，绞车就要承载飞艇系留时的载荷，尤其是刮大风时产生的风载，所以，从机匣向下至底板的各个构件都是由铝合金结构夹蜂窝玻璃构成，以增加隔离舱的强刚度，吊 舱的紧固框是用囊体与吊舱之间吊挂紧固的框架，吊舱的所有载荷都要传给紧固框，紧固框也是由铝合金结构加蜂窝玻璃钢构成。

见附图5: 1300kg 飞艇吊舱结构

隔离尾舱 的结构采用蜂窝玻璃钢，蒙皮采用玻璃钢，紧固部位内置金属预埋件，和紧固螺栓。隔离舱的作用是将客舱和油舱隔离开，同时又是飞艇的主受力件部份，隔离舱的底部装有绞车，绞车由蜗轮箱来驱动，蜗轮箱有自锁功能，绞车不会由于受力过大而自转。

见附图6: 1300kg 飞艇隔离舱

充放气泵装在隔离舱顶部，充放气管将空气充入副气囊或排出。机匣是承载动力悬臂的受力。绞车由一个蜗轮箱驱动，绞车门由步进电机驱动。蓄电池和空调机装在底部两侧，便于维护。

舱门 1300kg飞艇的舱门采用下翻式，翻到地面就是一个上下飞艇的蹬梯。飞艇底板至地面1.1米高，乘客爬上爬下是很不方便的。我将舱门设计成蹬梯，一举两得，舱门采用铝合金结构，蹬梯有塑胶板垫，乘客和乘员上下飞艇都很方便。舱门上下翻动开关都由驾驶操纵，舱门关闭后，蹬梯显出很不美观的样子。在门内侧设有卷帘门轴，向下一拉就可以遮挡蹬梯造成的丑态。卷帘还可以根据用户需求，喷涂所需的广告词或广告画。

舱门通过蜗轮箱带转轴旋转，踏梯收放通过液压系统转动收平或放出。

见附图7 : 1300kg飞艇舱门

C、发动机和螺旋浆及拉力矢量

发动机 1300kg飞艇采用美国莱康明公司生产的活塞式发动机，功率：300HP×2，汽缸：6缸；冷却方式：风冷；燃油：航空汽油；铝合金。该发动机工作姿态可在35度-90度范围内变化时不受影响。是特技飞机用的发动机，性能非常好，性价比诺泰克斯公司的发动机比较，优越得多。该发动机的其它配件由莱康明公司的合作伙伴霍克太平洋公司提供，该公司在新加坡。

螺旋浆 采用德国生产的螺旋浆，该浆有变矩功能，性能很好。具体业务由霍克公司负责联系，该浆由莱康明公司推荐，其功能与发动机是匹配的。

动力悬臂 主要用于支撑发动机向两侧延展及承载发动机传向各个方向的力。

拉力矢量机构 一般情况，发动机的拉力矢量为0，特别是飞机，飞机的俯仰操作全靠舵面。而1300kg飞艇则不然。发动机的拉力矢量通过一套旋转机构可在35度-90度范围内变化，也就是说：飞艇可在该范围任意飞。发动机的拉力矢量是靠一个电动机带动蜗轮箱，蜗轮输出的小齿轮带动齿环，齿轮带动转轴，转轴带动旋转盘，旋转盘带动发动机架，发动机架驱动发动机在35度-90度范围内旋转。发动机使螺旋浆产生拉力，且该拉力楞在35度-90度范围内变化。蜗轮箱有自锁功能，只要电动机一停，发动机就会停止旋转，拉力矢量就会保持相应的角度。

见附图8 :动力安装与拉力矢量机构

驾驶舱及仪表 1300kg飞艇驾驶舱先进、舒适、装有多功能显示仪，多功能音响，仪表板简明，便利，驾驶舵操纵类似飞机，油门和刹车类似开汽车。当然飞艇刹车不像汽车那么大的惯性，类似小汽车低速刹车的作用。飞艇驾驶有昼夜光电成像仪，白天可看到3-5公里的距离，夜间也可看到1-2公里的距离，飞艇的定位导航设GPS或“北斗”卫星两套设备 的接口，根据用户的需求安装不同的设备。飞艇的通信采用中国移动全球通通迅网络，驾驶员可在飞艇上与任何人通话。驾驶员分正、副两个驾驶员，副驾驶可以做一些为乘客服务的工作，航电设备和飞行设备大部分装在驾驶舱内，便于驾驶员临时检修。

驾驶员在驾驶座椅上操控飞艇，驾驶舵与飞机相似。仪表板装各专业仪表和显示屏，各操控开关便捷。为方便驾驶员还设置污水桶和垃圾袋。

见附图9: 1300kg飞艇驾驶舱及仪表

D飞艇吊挂

吊挂方式 1300kg飞艇采用外挂方式，以前的飞艇采用绳索或网状物，而我设计的飞艇则采用同类型囊体材料做吊挂布。囊体材料很薄，与囊体轧合在一起，表面光滑流畅，磨擦阻力很小。而且，囊体材料的强度并不亚于几根绳索的强度。绳索或网状物吊挂磨擦阻力大，也不美观。

吊挂材料 1300kg飞艇吊挂材料是用加强囊体受力层加抗老化层制作成的吊挂布，该布与囊体的外圆相切，并沿切点外圆与囊体轧合在一起，然后再密封处理。吊舱的所有载荷通过吊挂布均匀散开，并传给囊体外表面，不会因局部受力集中撕裂囊体。

吊挂紧固 吊挂布从紧固框与吊舱之间的缝隙穿过，由螺栓和压力板将其压紧。为了安全，吊挂布折到紧固框内，再由压紧框二次压紧。

磨擦环 囊体是软性，紧固框是硬性体，二者常期磨擦就会磨破囊体。所以，在二者之间加一个软性体的磨擦环，减少由于磨擦对囊体产生的损害。

充放气 1300kg飞艇的氦气阀是一个类似篮球充气的放大模式，将气针插入充气阀，就可充入氦气，拔出时气阀关闭。空气阀是由一个空气泵将空气充入副气囊，放气时打开阀门，主气囊内的氦气将空气从副气囊内压出。

见附图10 :1300kg 飞艇充放气及吊挂

E.飞艇系留

绞车 隔离舱的下部中间安装一台绞车，绞车卷绞索30-50米，绞车通过一个蜗轮箱和电动机操作。飞艇快到起降坪时，打开绞车舱门，将绞索抛向地面。地勤人员接绞索与系留锁具扣紧，驾驶员就可以操纵绞车将飞艇降到起降坪处。如果是临时降落，地面人员可将绞索端头的铝钎打入地下，然后驾驶员操作绞车降落。临时降落，飞艇上必须留一名驾驶员。

系留服务 飞艇在飞艇场起降坪降落后，地勤人员往水舱内注水，如需加油可以加油。飞艇上的人员下飞艇后，飞艇开始系留，一般情况地勤人员操作系留井内的卷扬机将飞艇放至距地面1-20米的高度。风较大时，将飞艇放至10-25米的空中。飞艇在空中系留好处为：其一，突发阵风时，避免起落架固撞击地面而损坏；其二，风力较大时，飞艇可随风向移动，缓冲系留索的拉力；其三，非相关人员无法擅自登上飞艇。

系留井 卷扬机上卷30-50米系留索，系留索的强度大于绞索，卷扬机通过蜗轮箱和电动机来驱动，卷扬机通过地勤人员操作电动开关操作。系留井的井盖带一个灯箱，飞艇夜间降落时，地勤人员打开井盖，灯箱发光，并显示某号系留井的数码，便于驾驶员寻找起降点。

放开系留 飞艇起飞时，驾驶员给地勤人员一个手式，地勤人员板动系留板手，松脱绞索，飞艇就可以升空飞行了。

见附图11 ：1300kg 飞艇系留设计图

四、1300kg飞艇核心技术

(1)囊体材料 我设计的囊体材料受力层的采用上海斯瑞聚合体科技有限公司的产品——高分子聚乙烯纤维，再由上海的一家大型纺织企业将纤维纺织成织物(布)，按径向、纬向、斜向四个方向纺织，以保受力层四个方向都可以受力。气密层的材料采用保定最大的PVC公司生产的高密度的薄膜，然后由我主管的复合材料厂进行热复合涂上抗老化材料后，成为产品。经用国家权威部诚验，检测完全达到设计标准后，作为主产品销售和自用，如果我设计的囊体材料能够形成量产后，将是世界首家囊体材料制造商。

(2)吊挂方式 1300kg采用吊挂布的吊挂方式是我发明的，以前没有人采用过。通常，人们总以为绳索的强度很高，而且“可靠”。其实新型材料的强度已远超绳索，绳索的吊挂方式已明显落后了。采用囊体材料制作的吊挂布吊挂飞艇，从外表看不到吊挂痕迹。

(3)吊舱结构 我设计的吊舱结构由铝合金和玻璃钢复合而成，复合材料的比例约占60％，吊舱结构设计合理、重量轻，强度高，刚度好，比纯铝合金或玻璃钢结构优越得多。吊舱结构中的每一个部件的强度系数都大于2，确保吊舱总强度系数不低于2.3，通常，玻璃钢构件只有极少金属预埋件，至使玻璃钢件时常因刚度不够影响到强度。我设计的吊舱，铝合金构件的薄厚远低于飞机设计的标准。这样既增加了吊舱的刚度，又确保强度，还减轻了重量。

(4)防弹功能 我设计的驾驶舱风挡和客舱有机玻璃内有网状高强度纤维，驾驶舱壁，侧舱板，底板内都有防弹层，在200米以外可防7.62毫米枪弹击穿。

(5)拉力矢量机构 发动机螺旋浆产生的拉力矢量是靠一套机械旋转机构实现的，没有这套机构，拉力矢量只是0。而我设计的拉力矢量机构，使拉力矢量可在-35度-90度范围内任意变化，这就使飞艇机动性变得格外优越，是一般飞机或飞艇无法相比的。

(6)系留方式 现有的飞艇系留与传统飞艇无太大区别，系留绳在头锥上，由人力固到系留塔上。这极不方便，而且耗费大量人力。我设计的飞艇，系留绳索在吊舱的底部，由绞车转动收放。一个地勤人员将绞索插头插入系留锁具内，驾驶员启动绞车，就把飞艇拉到地面上了。系留既方便又安全，地勤人员全部是电器化，车载化，大量节省了人力，飞艇场配有地勤车，地勤人员5人全部乘车而行，飞艇到达飞艇场上空，地勤车已停到起降坪附近。飞艇抛下绞索就可以系留，地勤车跟着过去加水，加油，完全是械化操作，飞艇起飞与否由驾驶员直接与指挥中心联系，整个一套系统化的管理。

Claims (6)

1.囊体材料 我选择上海斯瑞聚合材料公司生产的高强度纤维纺织成受力层，选择河北保定生产的PVC膜作为气密层，通过热复合制成囊体材料。

2.飞艇吊挂方式 我采用加强的囊体材料作为吊挂布，从囊体上半圆兜下来与吊舱的压紧框紧固的吊挂方式。

3.吊舱结构与总体布局 我设计吊舱由驾驶舱、客舱侧舱板、隔离舱、底板、尾舱五个部件组装而成的结构。客舱内16个座椅，有卫生间。

4.发动机拉力矢量转向机构 发动由动力悬臂支撑，悬臂内有一套旋转机构，该机构驱动旋转盘，旋转盘带动发动机支架，使发动机可在-35°～90°范围内旋转。

5.尾翼操控舵机 我设计蜗轮舵机驱动尾翼舵面偏转。

6.系留与降落 飞艇隔离舱底部装一部绞车，打开绞车门，绞索垂向地面。地勤人员抓住绞索与系留锁具扣紧，驾驶员操控绞车，将飞艇拉降到起降坪内。