CN108263592A - 三轴椭球飞艇 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种三轴椭球飞艇，包括：囊体，作为搭载平台，并产生飞行力供三轴椭球飞艇飞行；两个动力推进器，分别设置于所述囊体的下方，该动力推进器用于产生并传递推进力至所述囊体，实现所述三轴椭球飞艇的偏航；以及俯仰控制机构，位于所述囊体的下方，包括滑轨和滑块，所述滑块在滑轨上滑动，实现所述三轴椭球飞艇的俯仰控制。本发明的飞艇为三轴椭球结构，通过动力推进器差动控制实现飞艇偏航，通过滑动实现飞艇的俯仰，能够实现三轴椭球飞艇的偏航和俯仰控制。
Description
技术领域
本发明涉及飞艇领域，尤其涉及一种三轴椭球飞艇。
背景技术
经过多年来对飞艇的探索实践，人们逐渐意识到，飞艇的外形将对飞艇的整体性能产生重要的影响。传统的飞艇外形接近于流线形绕纵轴旋转所得旋成体，这种外形被认为是兼顾空气动力学、静升力和结构要求的最佳折中。但是，随着近年来飞艇任务的多元化、长期化以及复杂化，传统的飞艇外形很难同时满足所有要求，因此，不断有人尝试着对飞艇的外形进行改进。
三轴椭球飞艇(Three-axis ellipsoid airship)属于非传统构形飞艇的一种，采用高动升力外形设计，与传统构形飞艇的飞行性能对比后可以发现，在体积相同的情况下，三轴椭球飞艇外形气动升力较大，可以提供更大的有效载荷能力、可操纵性好，更有利于长航时飞行，是一种适合于执行中低空巡航飞行任务的浮空飞行器。
另外一种非传统构形飞艇，也是与本发明最接近的一项现有技术，是采用三囊体构形的混合式飞艇(Hybrid airship)，其中比较有名的是Airlander 10混合式飞艇。该技术使用时利用三个并列囊体提供飞行所需升力，利用硬式尾翼提供飞艇的偏航和俯仰控制，可以进行大载重长航时飞行。
在实现本发明的过程中，申请人发现上述现有技术存在如下技术缺陷：
(1)三囊体构形飞艇采用硬式尾翼作为飞艇俯仰及偏航的操控面，当飞艇体积进一步增大时，尾翼的重量将成倍增加，极大的降低了飞艇的载重能力；
(2)在三囊体构形飞艇囊体交汇位置，囊体曲率变化较大，太阳能电池阵无法整体铺装，不利于实现跨昼夜长航时飞行。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种三轴椭球飞艇，以解决上述的至少一项技术问题。
(二)技术方案
本发明提供了一种三轴椭球飞艇，包括：
囊体，作为搭载平台，并产生飞行力供三轴椭球飞艇飞行；
两个动力推进器，分别设置于所述囊体的下方，该动力推进器用于产生并传递推进力至所述囊体，实现所述三轴椭球飞艇的偏航；以及
俯仰控制机构，位于所述囊体的下方，包括滑轨和滑块，所述滑块在滑轨上滑动，实现所述三轴椭球飞艇的俯仰控制。
在本发明的一些实施例中，所述囊体包括：
一个或多个气囊，用于充入产生浮力和升力的气体；以及
至少一片内部保形隔层，沿所述气囊的长轴方向设置于所述气囊的内部，将气囊内部分为多个气室，用于维持所述三轴椭球飞艇的气动外形，传递所述动力推进器、吊舱的力。
在本发明的一些实施例中，所述气囊的上表面曲率一致，用于安装太阳能电池阵。
在本发明的一些实施例中，所述俯仰控制机构还包括：
安装支架，其位于所述滑轨的两端，与所述囊体的下方相连；以及
齿轮齿条机构，用于控制所述滑块在所述滑轨上滑动。
在本发明的一些实施例中，所述内部保形隔层上设置有减重透气孔，用于减小该内部保形隔层的自重，并维持所述气囊内部各气室的气体连通。
在本发明的一些实施例中，还包括设置于所述囊体的下方的吊舱，包括：
过渡架，与囊体的下方相连；
多个连接耳片，设置于所述过渡架上；以及
舱体，与所述连接耳片相连，其中放置有遥控测控装置。
在本发明的一些实施例中，还包括：设置于所述吊舱的下方的起落架，包括：
固定杆，一端与所述吊舱的下方连接；
缓冲器，位于所述固定杆的另一端，用于在飞行过程中吸收冲击能量；以及
底部脚轮，安装于所述缓冲器的下方，便于所述三轴椭球飞艇的移动。
在本发明的一些实施例中，还包括控制系统，用于发送差动信号至动力推进器，实现所述三轴椭球飞艇的偏航；以及发送动作信号至所述齿轮齿条机构，使得所述滑块滑动至滑轨上的预定位置。
在本发明的一些实施例中，该气囊和内部保形隔层均采用带织物的柔性材料热合而成。
在本发明的一些实施例中，所述吊舱沿囊体的长轴方向上的部分结构被去除，形成一供所述滑块穿梭的空区。
(三)有益效果
本发明的三轴椭球飞艇，相较于现有技术，至少具有以下优点：
1、通过动力推进器差动控制实现飞艇偏航，通过滑动实现飞艇的俯仰，能够实现三轴椭球飞艇的偏航和俯仰控制。
2、气囊的上表面曲率一致，可以安装太阳能电池阵，为飞艇提供长时间地跨昼夜飞行的能力。
3、本发明的三轴椭球飞艇为无尾翼构形设计，当飞艇尺度增大时，可以显著的减少飞艇的结构重量。
附图说明
图1为本发明实施例的三轴椭球飞艇的结构示意图。
图2为本发明一具体实施例的三轴椭球飞艇的结构示意图。
图3为本发明实施例的吊舱的结构示意图。
图4为本发明实施例的起落架的结构示意图。
图5为本发明实施例的囊体的结构示意图。
图6为本发明实施例的俯仰控制机构的结构示意图。
图7为本发明实施例的动力推进器的结构示意图。
【符号说明】
1-囊体
11-气囊 12-内部保形隔层
2-吊舱
21-舱体 22-过渡架
23-连接耳片
3-动力推进器
4-俯仰控制机构
41-滑轨 42-滑块
43-安装支架
5-起落架
51-固定杆 52-缓冲器
53-底部脚轮
具体实施方式
现有技术中的三轴椭球飞艇一般都具有尾翼设计，而且难以实现飞艇偏航的俯仰，有鉴于此，本发明提供了一种三轴椭球飞艇，通过动力推进器差动控制实现飞艇偏航，通过滑动实现飞艇的俯仰控制，能够轻易实现三轴椭球飞艇的偏航和俯仰控制。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明实施例提供了一种三轴椭球飞艇，图1为本发明实施例的三轴椭球飞艇的结构示意图，如图1所示，该三轴椭球飞艇包括：囊体1、两个动力推进器3和俯仰控制机构4。
囊体1，作为搭载平台，并产生飞行力供三轴椭球飞艇飞行；
两个动力推进器3，分别设置于所述囊体1的下方，该动力推进器3用于产生并传递推进力至所述囊体1，实现所述三轴椭球飞艇的偏航；以及
俯仰控制机构4，位于所述囊体1的下方，包括滑轨41和滑块42，所述滑块42在滑轨41上滑动，实现所述三轴椭球飞艇的俯仰控制。
如此，本发明的软式电动的三轴椭球飞艇无需尾翼设计，通过动力推进器3差动控制实现飞艇偏航，通过滑动实现飞艇的俯仰，能够轻易实现三轴椭球飞艇的偏航和俯仰控制。
接着就结合一具体实施例对该三轴椭球飞艇进行详细描述。
图2为本发明一具体实施例的三轴椭球飞艇的结构示意图，如图2所示，该三轴椭球飞艇相较于图1还具有吊舱2和起落架5。
吊舱2设置于所述囊体1的下方，图3为本发明实施例的吊舱的结构示意图，如图3所示，该吊舱2可以包括过渡架22、多个连接耳片23和舱体21。吊舱2可以采用中低空飞艇常用的船形结构形式。
过渡架22，与囊体1的下方相连，从而将该吊舱2与囊体1相连。
多个连接耳片23，设置于所述过渡架22上。
舱体21，与所述连接耳片23相连。这样，吊舱2与飞艇囊体1通过过渡架22连接，将过渡架22通过连接耳片23绑定在囊体1上，吊舱2即可与囊体1相连。
其中舱体21中可以放置有遥控测控装置，实现与地面控制中心的通信。另外，为了减轻舱体21的重量，可以使用木结构制作舱体21，碳纤板进行局部加强。由于舱体21中放置了重量较重的遥控测控装置，吊舱2优选安装在飞艇囊体1重心的正下方位置。
图4为本发明实施例的起落架的结构示意图，如图4所示，起落架5主要用于辅助飞艇的起飞和着陆过程，降低风险，还可以辅助飞艇进行转场移动。起落架5安装在吊舱2的下方，可以包括固定杆51、固定杆51和底部脚轮53。
固定杆51的一端可以通过螺钉与所述吊舱2的下方连接，作为主要的传力部件，另一端与缓冲器52相连。
缓冲器52用于在飞行过程中吸收冲击能量。在一些实施例中，缓冲器52可以采用油压缓冲器52，实际上，缓冲器52还可以采用弹簧等弹性元件或者其他形式的压力缓冲器52。
底部脚轮53安装于所述缓冲器52的下方，便于所述三轴椭球飞艇的移动。
图5为本发明实施例的囊体的结构示意图，如图5所示，该囊体1作为搭载平台，并产生飞行力供三轴椭球飞艇飞行，其可以包括一个或多个气囊11以及至少一片内部保形隔层12。
气囊11用于充入产生浮力和升力的气体(例如氮气)，能够通过围封气体产生的浮力以及飞行过程中气体产生的升力，从而为飞艇提供飞行力。气囊11可以包括一个主气囊11和/或多个副气囊11，是否需要副气囊11则需要根据是否需要调节飞艇内部的压力来进行选择。
且气囊11的上表面曲率一致，可以安装太阳能电池阵，为飞艇提供长时间地跨昼夜飞行的能力。
在本发明实施例中，三轴椭球飞艇的囊体1采用三轴椭球设计，三个对称轴的比例为X∶Y∶Z＝4∶2∶1。需要说明的是，在其他实施例中，也可以根据实际需求选择其他的比例。
至少一片内部保形隔层12，沿所述气囊11的长轴方向设置于所述气囊11的内部，将气囊11内部分为多个气室，可用于维持所述三轴椭球飞艇的气动外形，传递所述动力推进器3、吊舱2的力。
气囊11和内部保形隔层12优选为同一材料，这样能够加强二者的固定，在本发明实施例中二者均采用带织物的柔性材料热合而成。
为了减小结构重量(内部保形隔层12的自重)，同时为了确保所述气囊11内部各气室的气体连通，本发明实施例还在各内部保形隔层12上设置减重透气孔。另外，内部保形隔层12的片数可以在满足保形要求及重量约束条件下，根据实际情况进行选择。
图6为本发明实施例的俯仰控制机构的结构示意图，如图6所示，该俯仰控制机构4主要包括滑轨41、滑块42、安装支架43和齿轮齿条机构(图未示)。
滑轨41沿Y轴安装于飞艇的中心线上，形状与安装位置处飞艇囊体1曲线一致。安装支架43，其位于所述滑轨41的两端，与所述囊体1的下方相连。齿轮齿条机构，用于控制所述滑块42在所述滑轨41上滑动，通过改变飞艇重心位置调节所述三轴椭球飞艇的俯仰姿态，实现飞艇的俯仰控制。
另外，为了给予滑块42更大的调节范围，还可以去除所述吊舱2沿囊体1的长轴方向上的部分结构，形成一供所述滑块42穿梭的空区。滑块42优选为密度较小的材料，例如锂电池。
作为三轴椭球飞艇飞行的动力来源，两个动力推进器3分别设置于所述囊体1的下方(在其他实施例中，动力推进器3还可以设置在吊舱2下方或者其他位置处)，该动力推进器3用于产生并传递推进力至所述囊体1，实现所述三轴椭球飞艇的偏航。图7为本发明实施例的动力推进器的结构示意图，如图7所示，该动力推进器3的上端通过过渡支架与飞艇囊体1的下方连接。另外，为了能够进一步地根据地面控制中心的用户指示控制该三轴椭球飞艇的偏航和俯仰，还可以设置一控制系统(不限制其在三轴椭球飞艇上的放置位置)，该控制系统可以通过无线方式发送差动信号至动力推进器3，实现所述三轴椭球飞艇的偏航；以及发送动作信号至所述齿轮齿条机构，使得所述滑块42滑动至滑轨41上的预定位置。
在实际应用中，本发明的三轴椭球飞艇可以用于执行中低空巡航飞行任务，其操作的具体步骤如下：
(1)在接到巡航飞行任务后，三轴椭球飞艇囊体快速充入氦气，吊舱、动力推进器、俯仰控制机构和起落架依次安装在飞艇囊体上；
(2)地面人员将飞艇移动至库外，艇上俯仰调节滑块滑动使飞艇成正攻角，随后动力推进器启动，飞艇升空；
(3)当飞艇需要变化飞行方向时，通过控制系统对动力推进器发送差动信号，使两侧推进器转速出现差异实现飞艇偏航；
(4)当飞艇需要进行俯仰姿态调节时，通过控制系统对俯仰调节机构中的齿轮齿条机构发出作动信号，使滑块沿着滑轨运动到指定位置实现飞艇俯仰调节；
(5)当飞艇执行任务完毕需要着陆时，减小飞艇仰角，降低飞艇速度，利用飞艇净重实现下降，起落架触地着陆后推进器关闭，地面人员将飞艇移至库内。
综上，本发明的三轴椭球飞艇无需尾翼构形设计，当飞艇尺度增大时，可以显著的减少飞艇的结构重量；通过动力推进器差动控制实现飞艇偏航，通过滑动实现飞艇的俯仰，能够实现三轴椭球飞艇的偏航和俯仰控制，克服了现有技术的缺陷。且在实际应用中操作简单，具有普适性。
除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本发明的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到“约”的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。
再者，“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种三轴椭球飞艇，包括：
囊体，作为搭载平台，并产生飞行力供三轴椭球飞艇飞行；
两个动力推进器，分别设置于所述囊体的下方，该动力推进器用于产生并传递推进力至所述囊体，实现所述三轴椭球飞艇的偏航；以及
俯仰控制机构，位于所述囊体的下方，包括滑轨和滑块，所述滑块在滑轨上滑动，实现所述三轴椭球飞艇的俯仰控制。
2.根据权利要求1所述的三轴椭球飞艇，其中，所述囊体包括：
一个或多个气囊，用于充入产生浮力和升力的气体；以及
至少一片内部保形隔层，沿所述气囊的长轴方向设置于所述气囊的内部，将气囊内部分为多个气室，用于维持所述三轴椭球飞艇的气动外形，传递所述动力推进器、吊舱的力。
3.根据权利要求2所述的三轴椭球飞艇，其中，所述气囊的上表面曲率一致，用于安装太阳能电池阵。
4.根据权利要求1所述的三轴椭球飞艇，其中，所述俯仰控制机构还包括：
安装支架，其位于所述滑轨的两端，与所述囊体的下方相连；以及
齿轮齿条机构，用于控制所述滑块在所述滑轨上滑动。
5.根据权利要求2所述的三轴椭球飞艇，其中，所述内部保形隔层上设置有减重透气孔，用于减小该内部保形隔层的自重，并维持所述气囊内部各气室的气体连通。
6.根据权利要求1所述的三轴椭球飞艇，其中，还包括设置于所述囊体的下方的吊舱，包括：
过渡架，与囊体的下方相连；
多个连接耳片，设置于所述过渡架上；以及
舱体，与所述连接耳片相连，其中放置有遥控测控装置。
7.根据权利要求6所述的三轴椭球飞艇，其中，还包括：设置于所述吊舱的下方的起落架，包括：
固定杆，一端与所述吊舱的下方连接；
缓冲器，位于所述固定杆的另一端，用于在飞行过程中吸收冲击能量；以及
底部脚轮，安装于所述缓冲器的下方，便于所述三轴椭球飞艇的移动。
8.根据权利要求4所述的三轴椭球飞艇，其中，还包括控制系统，用于发送差动信号至动力推进器，实现所述三轴椭球飞艇的偏航；以及发送动作信号至所述齿轮齿条机构，使得所述滑块滑动至滑轨上的预定位置。
9.根据权利要求2所述的三轴椭球飞艇，其中，该气囊和内部保形隔层均采用带织物的柔性材料热合而成。
10.根据权利要求6所述的三轴椭球飞艇，其中，所述吊舱沿囊体的长轴方向上的部分结构被去除，形成一供所述滑块穿梭的空区。
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