CN108725741A - 一种新型结构的硬式平流层飞艇 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及飞艇技术领域，提供一种硬式平流层飞艇，所述硬式平流层飞艇包括：内气囊，内气囊中充有氦气；包围内气囊的外气囊，外气囊的囊体和内气囊的囊体之间的空间中充有空气；以及外气囊框架，形成在外气囊外表面，由加强环和杆件构成。本发明通过外气囊存储空气、内气囊存储氦气的气囊布局方式的硬式平流层飞艇结构，达到在重量增加不多的情况下满足飞艇耐超热超压的设计要求。同时，通过利用刚性加强环和刚性杆件构成的框架、绳索以及高强度外气囊囊体材料等组成的刚柔混合结构，提高外气囊的抗超压能力。此外，通过零压超压外气囊、氦气囊内置分舱的囊体设计方案，提高囊体材料强度的利用率。
Description
技术领域
本发明涉及飞艇技术领域，具体涉及一种新型结构的硬式平流层飞艇。
背景技术
在平流层环境下由于太阳辐射的影响平流层飞艇存在超热超压的现象，对于平流层飞艇的系统总体设计提出了极高的要求。根据平流层飞艇有限元热仿真计算现有的平流层飞艇热平衡温差大于平流层飞艇的抗热能力，容易出现囊体撕裂的现象。这个结果对平流层飞艇的研制可能会产生颠覆性的影响。解决平流层飞艇超热超压问题是目前研制平流层飞艇迫切需要解决的问题之一。
具体来说：1、超热超压是指平流层飞艇在工作高度受太阳辐射后内部气体温度升高造成气体膨胀形成的艇内外压差超过飞艇设计范围的现象。2、热平衡温差是指采用有限元热分析软件仿真计算出平流层飞艇受太阳能辐射后全艇最高均值温度与夜间全艇最低均值温度的差值。3、抗热能力是指平流层飞艇在工作高度经太阳辐射以后平流层飞艇囊体强度能够忍受飞艇内气体平均温升的极限值。4、三个平衡是指平流层系统总体顶层设计时采用的能量平衡、热平衡、重量平衡，这三个平衡相互耦合：能量平衡是指平流层飞艇在工作高度和工作地域昼夜之间的太阳能电池发电量以及蓄电池蓄电总量必须满足平流层飞艇昼夜之间抗风所需电量和飞艇系统用电以及任务系统用电的总电量；热平衡是指平流层飞艇在工作高度受太阳辐射后内部气体温度升高造成内部气体膨胀形成的艇内外气压差不能超过飞艇设计的耐压范围；重量平衡是指平流层飞艇在工作高度排开的空气质量等于平流层飞艇质量与艇内气体质量。
而目前现有的平流层飞艇一般采用软式结构并以外气囊存储氦气、内气囊存储空气的方式，为了解决平流层飞艇超热超压问题，需要通过加强囊体材料抗拉伸能力来代偿，带来囊体材料超重以及成本增加问题。
因此，设计一种新型结构的平流层飞艇是目前亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供一种硬式平流层飞艇，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。
本发明的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本发明的实践而习得。
根据本发明的一示例实施方式，公开一种硬式平流层飞艇，所述硬式平流层飞艇包括：
内气囊，内气囊中充有氦气；
包围内气囊的外气囊，外气囊的囊体和内气囊的囊体之间的空间中充有空气；以及
外气囊框架，形成在外气囊外表面，由加强环和杆件构成。
根据本发明的一示例实施方式，其中内气囊由多个沿飞艇轴向依次排布的舱室内气囊构成。
根据本发明的一示例实施方式，相邻两个舱室内气囊之间由加强环维系的绳索隔离。
根据本发明的一示例实施方式，其中内气囊的囊体包括防氦气泄漏功能层。
根据本发明的一示例实施方式，其中外气囊为零压超压外气囊。
根据本发明的一示例实施方式，其中外气囊的囊体不包括防氦气泄漏功能层。
根据本发明的一示例实施方式，其中加强环和杆件由刚性材料构成。
根据本发明的一示例实施方式，所述硬式平流层飞艇还包括设置在外气囊外表面和外气囊框架之间且环绕外气囊外表面的绳索。
根据本发明的一示例实施方式，其中硬式平流层飞艇为椭圆形或流线形。
根据本发明的一示例实施方式，其中所述流线形包括水滴形。
根据本发明的一些实施方式，通过内气囊存储氦气、外气囊存储空气的气囊布局方式的硬式平流层飞艇结构，达到在重量增加不多的情况下达到飞艇耐超热超压的能力。
根据本发明的另一些实施方式，通过利用刚性加强环和杆件构成的框架、绳索以及高强度外气囊囊体材料等组成的刚柔混合结构，提高外气囊的抗超压能力。
根据本发明的又一些实施方式，通过零压超压外气囊、氦气囊内置分舱的囊体设计方案，提高囊体材料强度的利用率。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本发明。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施例，本发明的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。
图1示出根据本发明一示例实施方式的硬式平流层飞艇的侧视透视图。
图2示出根据本发明另一示例实施方式的硬式平流层飞艇的正视剖面图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本发明将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本发明的各方面。
附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种组件，但这些组件不应受这些术语限制。这些术语乃用以区分一组件与另一组件。因此，下文论述的第一组件可称为第二组件而不偏离本发明概念的教示。如本文中所使用，术语“及/或”包括相关联的列出项目中的任一个及一或多者的所有组合。
本领域技术人员可以理解，附图只是示例实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的，因此不能用于限制本发明的保护范围。
本发明的目的在于公开一种新型结构的硬式平流层飞艇，所述硬式平流层飞艇包括：内气囊，内气囊中充有氦气，内气囊包含防氦气泄漏功能层；包围内气囊的外气囊，外气囊的囊体和内气囊的囊体之间的空间中充有空气，外气囊不包含防氦气泄漏功能层；以及外气囊框架，形成在外气囊外表面，由加强环和杆件构成。本发明通过外气囊存储空气、内气囊存储氦气的气囊布局方式的硬式平流层飞艇结构，达到减小平流层飞艇重量并同时达到保形下降的目的。同时，通过利用刚性的加强环和杆件构成的框架、绳索以及高强度外气囊囊体材料等组成的刚柔混合结构，提高外气囊的抗超压能力。此外，通过零压超压外气囊、氦气囊内置分舱的囊体设计方案，提高囊体材料强度的利用率。
下面结合附图对本发明的硬式平流层飞艇进行具体说明，其中，图1示出根据本发明一示例实施方式的硬式平流层飞艇的侧视透视图；图2示出根据本发明另一示例实施方式的硬式平流层飞艇的正视剖面图。
图1示出根据本发明一示例实施方式的硬式平流层飞艇的侧视透视图。如图1所示，硬式平流层飞艇包括：内气囊4，内气囊中充有氦气；包围内气囊的外气囊2，外气囊的囊体和内气囊的囊体之间的空间中充有空气；以及外气囊框架，形成在外气囊外表面，外气囊框架由加强环1和杆件3构成。
本发明的外气囊存储空气、内气囊存储氦气的气囊布局方式的硬式平流层飞艇结构由于外气囊的囊体去除了传统的平流层飞艇所必需的防氦气泄漏功能层，增强了受力层，因此在同等外气囊囊体材料面密度情况下外气囊囊体材料的强度得到提高。
进一步的，外气囊框架中的多个加强环1环绕外气囊外表面设置或者说套在外气囊外表面，从而进一步提高了外气囊的抗超压能力。
根据本发明的一示例实施方式，其中加强环可刚性材料构成。具体来说，加强环可选择由具有一定刚性和弹性而重量又较轻的材料构成。
根据如图2所示的本发明的一示例实施方式，所述硬式平流层飞艇还包括设置在外气囊外表面和外气囊框架之间且环绕外气囊外表面的绳索。
由以上的示例实施方式可以看到，本发明的硬式平流层飞艇利用刚性加强环和杆件构成的框架、绳索以及高强度外囊材料等组成的刚柔混合结构，提高了外气囊的抗超压能力。
根据本发明的一示例实施方式，其中内气囊由多个沿飞艇轴向依次排布的舱室内气囊构成。
根据本发明的一示例实施方式，相邻两个舱室内气囊之间由加强环维系的绳索5隔离。
根据本发明的一示例实施方式，其中内气囊的囊体包括防氦气泄漏功能层。
根据本发明的一示例实施方式，其中外气囊的囊体不包括防氦气泄漏功能层，从而降低了成本和重量。
根据本发明的一示例实施方式，其中外气囊为零压超压外气囊。
由以上的示例实施方式可以看到，本发明的硬式平流层飞艇通过零压超压外气囊、氦气囊内置分舱的囊体设计方案，提高囊体材料强度的利用率。同时也进一步提高了硬式平流层飞艇的整体安全性、可靠性和损管能力。
根据本发明的一示例实施方式，其中硬式平流层飞艇为椭圆形或流线形。
根据本发明的一示例实施方式，其中所述流线形包括水滴形或其它流线形。
但本发明的并不限于上述形状，本发明的硬式平流层飞艇也可以采用其他的形状。
对本发明的硬式平流层飞艇的囊体结构进行的安全性评估结果表明：
1、在超热情况下可满足超热超压的要求。
2、增加了加强环和绳索约束，对囊体材料的要求降低。
结论：本发明的硬式平流层飞艇方案的超热超压应对策略有效，且同时降低了重量和成本。
通过以上的详细描述，本领域的技术人员易于理解，根据本发明实施例的硬式平流层飞艇具有以下优点。
根据本发明的一些实施方式，通过外气囊存储空气、内气囊存储氦气的气囊布局方式的硬式平流层飞艇结构，达到在重量增加不多的情况下提高飞艇耐超热超压的能力。
根据本发明的另一些实施方式，通过利用刚性加强环和杆件构成的框架、绳索以及高强度外气囊囊体材料等组成的刚柔混合结构，提高外气囊的抗超压能力。
根据本发明的又一些实施方式，通过零压超压外气囊、氦气囊内置分舱的囊体设计方案，提高囊体材料强度的利用率。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由提出的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (10)
1.一种硬式平流层飞艇，所述硬式平流层飞艇包括：
内气囊，内气囊中充有氦气；
包围内气囊的外气囊，外气囊的囊体和内气囊的囊体之间的空间中充有空气；以及
外气囊框架，形成在外气囊外表面，由加强环和杆件构成。
2.根据权利要求1所述的硬式平流层飞艇，其特征在于，其中内气囊由多个沿飞艇轴向依次排布的舱室内气囊构成。
3.根据权利要求2所述的硬式平流层飞艇，其特征在于，相邻两个舱室内气囊之间由加强环维系的绳索隔离。
4.根据权利要求1-3中任一所述的硬式平流层飞艇，其特征在于，其中内气囊的囊体包括防氦气泄漏功能层。
5.根据权利要求1所述的硬式平流层飞艇，其特征在于，其中外气囊为零压超压外气囊。
6.根据权利要求1所述的硬式平流层飞艇，其特征在于，其中外气囊的囊体不包括防氦气泄漏功能层。
7.根据权利要求1所述的硬式平流层飞艇，其特征在于，其中加强环和杆件由刚性材料构成。
8.根据权利要求1所述的硬式平流层飞艇，其特征在于，还包括设置在外气囊外表面和外气囊框架之间且环绕外气囊外表面的绳索。
9.根据权利要求1所述的硬式平流层飞艇，其特征在于，其中硬式平流层飞艇为椭圆形或流线形。
10.根据权利要求9所述的硬式平流层飞艇，其特征在于，其中所述流线形包括水滴形。
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