CN109080812A - 一种航姿可调的高空动力浮空器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种航姿可调的高空动力浮空器，所述副气囊独立设置在主囊体内部，所述主囊体内填充轻质气体，所述副气囊内填充空气，所述轻质气体的密度小于空气密度，所述第一导索和第四导索的首端分别连接在主囊体上相对的两个顶点，所述第二导索和第三导索的首端分别连接在主囊体上相对的两个顶点的侧边上，所述第一导索、第二导索、第三导索、第四导索的末端分别连接在姿态调节机构上，所述高空动力机构和姿态调节机构分别设置在设备舱上，所述顺风机构绑束在主囊体的囊体上。可利用传统的空飘球发放方式实施放飞，降低地面保障需求；空中调整球体姿态，配合顺风装置，具备一定的主动飞行控制手段。

Description

一种航姿可调的高空动力浮空器

技术领域

本发明涉及一种高空浮空器，尤其涉及的是一种航姿可调的高空动力浮空器。

背景技术

平流层浮空器是一种软结构飞行器，主要有平流层飞艇和平流层空飘球两种形式，其中平流层飞艇携带动力设备，因系统配套设备多，自重较大，导致飞艇气囊规模较大，造价高，地面放飞条件要求比较苛刻。空飘气球包括超压气球和零压气球，自身不携带动力系统，规模小，造价低，有效带载能力相对飞艇要强，地面放飞要求较低。因空飘球无外加动力设备，空中飞行轨迹受环境风场影响大，实现长时定点留空难度高。如何解决长时定点留空问题，同时控制系统成本，增加装备可使用性，是现在急需要解决的技术难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：解决浮空器长时定点留空的问题，提供了一种航姿可调的高空动力浮空器。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明的一种航姿可调的高空动力浮空器，包括主囊体、副气囊、顺风机构、第一导索、第二导索、第三导索、第四导索、高空动力机构、姿态调节机构和设备舱；所述副气囊独立设置在主囊体内部，所述主囊体内填充轻质气体，所述副气囊内填充空气，所述轻质气体的密度小于空气密度，所述第一导索和第四导索的首端分别连接在主囊体上相对的两个顶点，所述第二导索和第三导索的首端分别连接在主囊体上相对的两个顶点的侧边上，所述第一导索、第二导索、第三导索、第四导索的末端分别连接在姿态调节机构上，所述高空动力机构和姿态调节机构分别设置在设备舱上，所述顺风机构绑束在主囊体的囊体上。

所述主囊体内填充氦气。也可以填充其他密度小于空气的气体。

所述第一导索和第四导索的首端分别通过法兰堵头连接在主囊体上相对的两个顶点。

所述姿态调节机构为收卷机构，分别控制第一导索、第二导索、第三导索、第四导索的导索长度。

一种使用所述的航姿可调的高空动力浮空器进行姿态调整的方法，包括以下步骤：

(1)将第一吊索、第二吊索和第三吊索保持收卷，浮空器放飞；

(2)浮空器到达指定高度后，调节主囊体压力；

(3)主囊体压力达到设计值之后，姿势调节机构放出第一吊索、第二吊索和第三吊索，将主囊体调节到飞行状态；

(4)根据浮空器姿态，调节四根吊索的长度后锁定，然后释放顺风机构，利用大气风场，将浮空器主囊体调节到飞行姿态。

一种使用所述的航姿可调的高空动力浮空器进行飞行状态切换的方法，包括以下步骤：

(5)浮空器在低位顺风自由飘飞；

(6)启动高空动力机构，提供飞行轨迹切向力，通过主囊体浮力与高空动力机构拉力的合力在向上方向上有分力，实现浮空器上升，或通过副气囊排气调节驻空高度；

(7)浮空器上升后进入不同的风层完成飞行转向；

(8)浮空器在风层内漂移；

(9)关闭高空动力机构，或通过副气囊充气调节驻空高度，下降到平衡高度，回到起始点。

通过顺风机构保持囊体迎风姿态不变。利用姿态调节机构，可实现低保障条件下的地面放飞；当浮空器到达指定高度后，启动姿态调节机构，实现囊体驻空姿态的转变；利用顺风机构保持囊体迎风姿态，有利于飞行控制；通过高空动力机构改变飞行轨迹到达指定地点，驻空时可提供抵抗风阻的动力，或利用切换东西风层实现区域内往复运动，实现长时定点驻空。

本发明相比现有技术具有以下优点：本发明结构简单，在地面放飞时，利用姿态调节机构将设备舱及动力系统收卷至气球法兰堵头的位置，可利用传统的空飘球发放方式实施放飞，降低地面保障需求；空中调整球体姿态，配合顺风装置，具备一定的主动飞行控制手段，虽然动力能力比传统飞艇低，但是系统规模和制造成本将大大降低。

附图说明

图1是本发明的高空动力浮空器主视图；

图2是本发明的高空动力浮空器左视图；

图3是本发明浮空器地面放飞状态示意图；

图4是本发明浮空器到达指定高度状态示意图；

图5是本发明到达指定高度球体调整过程示意图；

图6是本发明到达指定高度球体最终状态示意图；

图7是本发明实施高空动力浮空器飞行过程示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例的一种航姿可调的高空动力浮空器，包括主囊体1、副气囊2、顺风机构3、第一导索4、第二导索5、第三导索6、第四导索7、高空动力机构8、姿态调节机构9和设备舱10；所述副气囊2独立设置在主囊体1内部，所述主囊体1内填充轻质气体，所述副气囊2内填充空气，所述轻质气体的密度小于空气密度，所述第一导索4和第四导索7的首端分别连接在主囊体1上相对的两个顶点，所述第二导索5和第三导索6的首端分别连接在主囊体1上相对的两个顶点的侧边上，所述第一导索4、第二导索5、第三导索6、第四导索7的末端分别连接在姿态调节机构9上，所述高空动力机构8和姿态调节机构9分别设置在设备舱10上，所述顺风机构3绑束在主囊体1的囊体上。

副气囊2可以利用空气调整高度，既经济又高效，可以无限循环使用。

顺风机构3类似风筝的飘带；高空动力机构8是高空电机加高空螺旋桨以及安装固定结构共同组成。均为常规的机构。

所述主囊体1内填充氦气。也可以填充其他密度小于空气的气体。

副气囊2填充空气，根据调整副气囊2内空气质量，调整驻空高度，完成东西风场切换，或寻找零风层，使浮空器在零风层长时驻空。

所述第一导索4和第四导索7的首端分别通过法兰堵头连接在主囊体1上相对的两个顶点。承担主要载荷重力。第二导索5和第三导索6起限位作用。

所述姿态调节机构9为收卷机构，分别控制第一导索4、第二导索5、第三导索6、第四导索7的导索长度。

高空动力机构8提供改变飞行轨迹的主动力，浮空器飞行前进力主要依靠环境大气风场；姿态调节机构9利用收卷机构在地面放飞状态，将第一吊索、第二吊索、第三吊索保持收卷状态，浮空器升高至指定高度后，姿态调节机构9放出第一吊索、第二吊索、第三吊索到设计长度，将浮空器的主囊体1调整至飞行状态，完成姿态调整；设备舱10内安装浮空器所需各种设备及外载荷。

如图2所示，顺风机构3安装在主囊体1的指定位置，利用风场特性，保持浮空器迎风姿态不变，配合高空动力机构8完成浮空器飞行轨迹的调整。

如图3所示，浮空器在地面放飞状态，此时姿态调节机构9将第一吊索、第二吊索、第三吊索持收卷状态，浮空器与传统空飘球地面放飞状态相同，可利用传统放飞方式完成地面放飞工作，保障需求条件较低。

如图4所示，浮空器到达指定高度后姿态调整前，此时姿态调节机构9未工作，浮空器完成主囊体1压力调节工作，系统达到设计状态。

如图5所示，浮空器进行姿态调整，此时气球主囊体1压力达到设计值，姿态调节机构9开始工作，根据设计要求缓慢放出第一吊索、第二吊索、第三吊索，将浮空器的主囊体1调整到飞行状态。

如图6所示，浮空器完成姿态调整，此时姿态调节机构9根据浮空器姿态，依次校正第一吊索、第二吊索、第三吊索、第四吊索的长度，每个吊索达到设计长度后锁定；释放顺风机构3，利用大气风场，将浮空器的主囊体1调整到设计飞行姿态。

如图7所示，浮空器东西风层切换飞行状态示意图，浮空器的一种循环飞行状态，实现长时特定区域驻空，飞行轨迹说明如下：a--b浮空器在低位西风层顺风自由飘飞；b--c浮空器启动高空动力系统，提供飞行轨迹切向力，浮空器向东北方向顺风飞行(主囊体1浮力与动力系统拉力的合力存在有向上的分力，主囊体1向上升至东风层，或通过副气囊2排气调整驻空高度)；c--d浮空器进入东风层，完成飞行转向；d--e浮空器动力保持高度，顺东风层漂移；e--f浮空器关闭动力下降(或副气囊2充气调整驻空高度)，穿过零风层，进入西风层；f--a浮空器下降到平衡高度，回到起始点，完成一个飞行循环。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种航姿可调的高空动力浮空器，其特征在于，包括主囊体、副气囊、顺风机构、第一导索、第二导索、第三导索、第四导索、高空动力机构、姿态调节机构和设备舱；所述副气囊独立设置在主囊体内部，所述主囊体内填充轻质气体，所述副气囊内填充空气，所述轻质气体的密度小于空气密度，所述第一导索和第四导索的首端分别连接在主囊体上相对的两个顶点，所述第二导索和第三导索的首端分别连接在主囊体上相对的两个顶点的侧边上，所述第一导索、第二导索、第三导索、第四导索的末端分别连接在姿态调节机构上，所述高空动力机构和姿态调节机构分别设置在设备舱上，所述顺风机构绑束在主囊体的囊体上。

2.根据权利要求1所述的一种航姿可调的高空动力浮空器，其特征在于，所述主囊体内填充氦气。

3.根据权利要求1所述的一种航姿可调的高空动力浮空器，其特征在于，所述第一导索和第四导索的首端分别通过法兰堵头连接在主囊体上相对的两个顶点。

4.根据权利要求1所述的一种航姿可调的高空动力浮空器，其特征在于，所述姿态调节机构为收卷机构，分别控制第一导索、第二导索、第三导索、第四导索的导索长度。

5.一种使用如权利要求1所述的航姿可调的高空动力浮空器进行姿态调整的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将第一吊索、第二吊索和第三吊索保持收卷，浮空器放飞；

(2)浮空器到达指定高度后，调节主囊体压力；

(3)主囊体压力达到设计值之后，姿势调节机构放出第一吊索、第二吊索和第三吊索，将主囊体调节到飞行状态；

(4)根据浮空器姿态，调节四根吊索的长度后锁定，然后释放顺风机构，利用大气风场，将浮空器主囊体调节到飞行姿态。

6.一种使用如权利要求1所述的航姿可调的高空动力浮空器进行飞行状态切换的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(5)浮空器在低位顺风自由飘飞；

(6)启动高空动力机构，提供飞行轨迹切向力，通过主囊体浮力与高空动力机构拉力的合力在向上方向上有分力，实现浮空器上升，或通过副气囊排气调节驻空高度；

(7)浮空器上升后进入不同的风层完成飞行转向；

(8)浮空器在风层内漂移；

(9)关闭高空动力机构，或通过副气囊充气调节驻空高度，下降到平衡高度，回到起始点。