CN109250062B - 一种平流层飞艇姿态调整装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种平流层飞艇姿态调整装置，包括主储液舱，设置于平流层飞艇的底部且位于平流层飞艇浮心位置的正下方；至少一个端部储液舱，设置于平流层飞艇的至少一端部；至少一个抽送控制阀门和至少一个液体泵，其中：端部储液舱与抽送控制阀门的第一端连通，抽送控制阀门的第二端与液体泵的出口连通，液体泵的入口与主储液舱连通；或者端部储液舱与液体泵的出口连通，液体泵的入口与抽送控制阀门的第一端连通，抽送控制阀门的第二端与主储液舱连通；以及至少一个回流控制阀门，其中：端部储液舱与回流控制阀门的第一端连通，回流控制阀门的第二端与主储液舱连通。通过改变端部储液舱内液体的质量来改变平流层飞艇的质心和俯仰姿态。

Description

一种平流层飞艇姿态调整装置
技术领域
本发明涉及飞艇技术领域，具体涉及一种平流层飞艇姿态调整装置。
背景技术
对于一般的飞艇来说，可通过控制尾翼舵面来调整飞艇的俯仰姿态角；或者通过改变尾翼舵面的迎风角，使尾翼产生俯仰方向的动力，达到调整飞艇的俯仰姿态角的目的。
然而，由于平流层环境空气密度小，所以设计平流层飞艇时尾翼舵面在海拔20公里高空以小于20米每秒空速飞行时舵效作用不大且增加了无用的重量。因此在平流层飞艇上不宜使用尾翼舵面。
另外，在低空，由于空气密度较大，可通过调整飞艇两端空气副气囊的质量来改变飞艇质心。
但是由于平流层环境空气密度小以及太阳辐射热形成的平流层飞艇内的超温超压，设计平流层飞艇时将在白天排出飞艇内的所有空气。因此，低空飞艇一般采用的通过调整飞艇头尾两端的副气囊空气质量改变飞艇质心和调整飞艇俯仰姿态的方法难以实现。
此外采用飞艇两端抛沙改变质心和调整平流层飞艇俯仰姿态的方法，则沙子越抛越少不能循环使用。
所以如何有效在平流层环境下调整平流层飞艇的质心和俯仰姿态角是平流层飞艇总体设计的关键问题。
因此，设计一种新型的平流层飞艇姿态调整装置是目前亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供一种平流层飞艇姿态调整装置，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。
根据本发明的第一方面，公开一种平流层飞艇姿态调整装置，用于调整平流层飞艇的俯仰姿态，其特征在于，所述平流层飞艇姿态调整装置包括：
主储液舱，设置于平流层飞艇的底部且位于平流层飞艇浮心位置的正下方；
至少一个端部储液舱，设置于平流层飞艇的至少一端部；
至少一个抽送控制阀门和至少一个液体泵，其中：端部储液舱与抽送控制阀门的第一端连通，抽送控制阀门的第二端与液体泵的出口连通，液体泵的入口与主储液舱连通；或者端部储液舱与液体泵的出口连通，液体泵的入口与抽送控制阀门的第一端连通，抽送控制阀门的第二端与主储液舱连通；以及
至少一个回流控制阀门，其中：端部储液舱与回流控制阀门的第一端连通，回流控制阀门的第二端与主储液舱连通。
根据本发明的一示例实施方式，其中至少一个端部储液舱、至少一个抽送控制阀门、至少一个液体泵和至少一个回流控制阀门均为两个，且均分别位于主储液舱的两侧，其中抽送控制阀门和回流控制阀门均为电子控制阀门。
根据本发明的一示例实施方式，其中平流层飞艇为纺锤形。
根据本发明的一示例实施方式，其中主储液舱通过向外释放所存储的液体以实现飞艇的重力调节。
根据本发明的一示例实施方式，其中主储液舱和端部储液舱内的液体为防冻液。
根据本发明的一示例实施方式，其中防冻液的温度适应范围为-80℃到+80℃。
根据本发明的一示例实施方式，其中防冻液的温度适应范围为-70℃到+75℃。
根据本发明的一示例实施方式，其中主储液舱和端部储液舱为带透气阀门的软式皮囊。
根据本发明的一示例实施方式，其中连通通过带温控的输液管道进行。
根据本发明的第二方面，公开一种通过任一前述的平流层飞艇姿态调整装置进行平流层飞艇姿态调整的方法，其特征在于，通过改变至少一个端部储液舱内液体的质量来改变平流层飞艇的质心和平流层飞艇的俯仰姿态。
根据本发明的一些实施方式，为解决平流层飞艇在平流层环境下俯仰控制的问题提供了一个切实可行的方法，可以部分替代尾翼上的尾舵调整俯仰角姿态的功能，使得去掉尾舵减轻重量成为可能。
根据本发明的另一些实施方式，在平流层环境下可多次调整平流层飞艇质心和俯仰角姿态，调节角度大效果明显。
根据本发明的又一些实施方式，通过主储液舱向空中释放所存储的液体以实现飞艇的减重，可兼顾抛沙压舱物调节平流层飞艇浮力的功能。
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平流层飞艇姿态调整装置的示意图。
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平流层飞艇姿态调整装置，包括主储液舱，设置于平流层飞艇的底部且位于平流层飞艇浮心位置的正下方；至少一个端部储液舱，设置于平流层飞艇的至少一端部；至少一个抽送控制阀门和至少一个液体泵，其中：端部储液舱与抽送控制阀门的第一端连通，抽送控制阀门的第二端与液体泵的出口连通，液体泵的入口与主储液舱连通；或者端部储液舱与液体泵的出口连通，液体泵的入口与抽送控制阀门的第一端连通，抽送控制阀门的第二端与主储液舱连通；以及至少一个回流控制阀门，其中：端部储液舱与回流控制阀门的第一端连通，回流控制阀门的第二端与主储液舱连通。本发明的平流层飞艇姿态调整装置为解决平流层飞艇在平流层环境下俯仰控制的问题提供了一个切实可行的方法，可以部分替代尾翼上的尾舵调整俯仰角姿态的功能，使得去掉尾舵减轻重量成为可能。同时，在平流层环境下可多次调整平流层飞艇质心和俯仰角姿态，调节角度大效果明显。此外，通过主储液舱向外释放所存储的液体以实现飞艇的重力调节，可兼顾抛沙压舱物调节平流层飞艇浮力的功能。
下面结合附图1对本发明的平流层飞艇姿态调整装置进行具体说明，其中，图1示出根据本发明一示例实施方式的平流层飞艇姿态调整装置的示意图。
如图1所示，平流层飞艇姿态调整装置包括主储液舱5，设置于平流层飞艇的底部且位于平流层飞艇浮心位置的正下方；至少一个端部储液舱(前端储液舱1和/或后端储液舱9)，设置于平流层飞艇的至少一端部(前端和/或后端)；至少一个抽送控制阀门(前端抽送控制阀门2和/或后端抽送控制阀门8)和至少一个液体泵(前端液体泵3和/或后端液体泵7)，其中：端部储液舱与抽送控制阀门的第一端连通，抽送控制阀门的第二端与液体泵的出口连通，液体泵的入口与主储液舱连通；或者端部储液舱与液体泵的出口连通，液体泵的入口与抽送控制阀门的第一端连通，抽送控制阀门的第二端与主储液舱连通；以及至少一个回流控制阀门(前端回流控制阀门11和/或后端液体泵10)，其中：端部储液舱与回流控制阀门的第一端连通，回流控制阀门的第二端与主储液舱连通。也就是说，本发明的平流层飞艇姿态调整装置既可以只在前端或只在后端具有端部储液舱、抽送控制阀门、液体泵和回流控制阀门，也可以在前后端均具有端部储液舱、抽送控制阀门、液体泵和回流控制阀门，从而通过改变端部储液舱内液体的质量来改变平流层飞艇的质心和俯仰姿态。
根据本发明的一示例实施方式，其中至少一个端部储液舱、至少一个抽送控制阀门、至少一个液体泵和至少一个回流控制阀门均为两个，且均分别位于主储液舱的两侧，其中抽送控制阀门和回流控制阀门均为电子控制阀门，但本发明不限于此，也可以是其他类型的阀门。
根据本发明的一示例实施方式，其中平流层飞艇为纺锤形。
根据本发明的一示例实施方式，其中主储液舱通过向外释放所存储的液体以实现飞艇的重力调节，从而可兼顾抛沙压舱物调节平流层飞艇浮力的功能，实现多种调节方式的优化组合。
根据本发明的一示例实施方式，其中主储液舱和端部储液舱内的液体为防冻液。
根据本发明的一示例实施方式，其中防冻液的温度适应范围为-80℃到+80℃，即在平流层的低温低压环境下，防冻液要确保在-80℃时不冻结，在+80℃时不汽化(在低压条件下液体的沸点明显降低)。
根据本发明的一示例实施方式，其中防冻液的温度适应范围为-70℃到+75℃。
根据本发明的一示例实施方式，其中主储液舱和端部储液舱为软式皮囊。
根据本发明的一示例实施方式，其中连通通过带温控的输液管道4进行。
根据本发明的一示例实施方式，公开一种通过如任一前述的平流层飞艇姿态调整装置进行平流层飞艇姿态调整的方法，其特征在于，通过改变至少一个端部储液舱内液体的质量来改变平流层飞艇的质心和平流层飞艇的俯仰姿态。下面以端部储液舱、抽送控制阀门、液体泵和回流控制阀门为两个且分别位于主储液舱的两侧，以及抽送控制阀门和回流控制阀门均为电子控制阀门的平流层飞艇姿态调整装置为例，对平流层飞艇姿态调整的方法进行具体说明。
具体来说，在平流层飞艇前端放置前端储液舱1、平流层飞艇后端放置后端储液舱9、在平流层飞艇浮心位置下方放置主储液舱5，通过带温控的输液管道4将前端储液舱1、前端电子控制阀门2、前端液体泵3、主储液舱5、后端液体泵7、后端电子控制阀门8、后端储液舱9、后端回流电子控制阀门10、前端回流电子控制阀门11连通。
当平流层飞艇前端需要调整平流层飞艇俯仰姿态角压低时前端电子控制阀门2开启、前端回流电子控制阀门11关闭、前端液体泵3工作从主储液舱5抽出液体向前端储液舱1输送直到所需控制的俯仰角满足飞行需要为止。然后，所有电子阀门关闭、所有液体泵关闭。
当平流层飞艇需要调整平流层飞艇俯仰姿态角抬高时前端电子控制阀门2关闭、前端回流电子控制阀门11开启、前端储液舱1中的液体通过前端回流电子控制阀门11流向主储液舱5，同时后端电子控制阀门8开启、后端回流电子控制阀门10关闭、后端液体泵7工作从主储液舱5抽出液体到后端储液舱9直到所需控制的俯仰角满足飞行需要为止。然后，所有电子阀门关闭、所有液体泵关闭。
随后，当平流层飞艇需要再次调整平流层飞艇俯仰姿态角压低时后端储液舱电子控制阀门8关闭、后端回流电子控制阀门10开启、后端储液舱9中的液体通过后端回流电子控制阀门10流向主储液舱5，同时前端电子控制阀门2开启、前端回流电子控制阀门11关闭、前端液体泵3工作从主储液舱5抽出液体到前端储液舱1直到所需控制的俯仰角满足飞行需要为止。然后，所有电子阀门关闭、所有液体泵关闭。
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平流层飞艇姿态调整装置具有以下优点。
根据本发明的一些实施方式，为解决平流层飞艇在平流层环境下俯仰控制的问题提供了一个切实可行的方法，可以部分替代尾翼上的尾舵调整俯仰角姿态的功能，使得去掉尾舵减轻重量成为可能。
根据本发明的另一些实施方式，在平流层环境下可多次调整平流层飞艇质心和俯仰角姿态，调节角度大效果明显。
根据本发明的又一些实施方式，通过主储液舱向空中释放所存储的液体以实现飞艇的重力调节，可兼顾抛沙压舱物调节平流层飞艇浮力的功能。
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 (9)

1.一种平流层飞艇姿态调整装置，用于调整平流层飞艇的俯仰姿态，其特征在于，所述平流层飞艇姿态调整装置包括：
主储液舱，设置于平流层飞艇的底部且位于平流层飞艇浮心位置的正下方；
至少一个端部储液舱，设置于平流层飞艇的至少一端部；
至少一个抽送控制阀门和至少一个液体泵，其中：端部储液舱与抽送控制阀门的第一端连通，抽送控制阀门的第二端与液体泵的出口连通，液体泵的入口与主储液舱连通；或者端部储液舱与液体泵的出口连通，液体泵的入口与抽送控制阀门的第一端连通，抽送控制阀门的第二端与主储液舱连通；以及
至少一个回流控制阀门，其中：端部储液舱与回流控制阀门的第一端连通，回流控制阀门的第二端与主储液舱连通；
其中至少一个端部储液舱、至少一个抽送控制阀门、至少一个液体泵和至少一个回流控制阀门均为两个，且均分别位于主储液舱的两侧，其中抽送控制阀门和回流控制阀门均为电子控制阀门；
所述端部储液舱包括前端储液舱、后端储液舱；抽送控制阀门包括前端电子控制阀门、后端电子控制阀门；液体泵包括前端液体泵、后端液体泵；回流控制阀门包括前端回流电子控制阀门、后端回流电子控制阀门；
当平流层飞艇前端需要调整平流层飞艇俯仰姿态角压低时，前端电子控制阀门开启，前端回流电子控制阀门关闭，前端液体泵工作从主储液舱抽出液体向前端储液舱输送直到所需控制的俯仰角满足飞行需要为止；
当平流层飞艇需要调整平流层飞艇俯仰姿态角抬高时，前端电子控制阀门关闭，前端回流电子控制阀门开启，前端储液舱中的液体通过前端回流电子控制阀门流向主储液舱，同时后端电子控制阀门开启，后端回流电子控制阀门关闭，后端液体泵工作从主储液舱抽出液体到后端储液舱直到所需控制的俯仰角满足飞行需要为止；
当平流层飞艇需要再次调整平流层飞艇俯仰姿态角压低时，后端电子控制阀门关闭，后端回流电子控制阀门开启，后端储液舱中的液体通过后端回流电子控制阀门流向主储液舱，同时前端电子控制阀门开启、前端回流电子控制阀门关闭、前端液体泵工作从主储液舱抽出液体到前端储液舱直到所需控制的俯仰角满足飞行需要为止。
2.根据权利要求1所述的平流层飞艇姿态调整装置，其特征在于，其中平流层飞艇为纺锤形。
3.根据权利要求1所述的平流层飞艇姿态调整装置，其特征在于，其中主储液舱通过向外释放所存储的液体以实现飞艇的重力调节。
4.根据权利要求1所述的平流层飞艇姿态调整装置，其特征在于，其中主储液舱和端部储液舱内的液体为防冻液。
5.根据权利要求4所述的平流层飞艇姿态调整装置，其特征在于，其中防冻液的温度适应范围为-80℃到+80℃。
6.根据权利要求5所述的平流层飞艇姿态调整装置，其特征在于，其中防冻液的温度适应范围为-70℃到+75℃。
7.根据权利要求1所述的平流层飞艇姿态调整装置，其特征在于，其中主储液舱和端部储液舱为带透气阀门的软式皮囊。
8.根据权利要求1所述的平流层飞艇姿态调整装置，其特征在于，其中连通通过带温控的输液管道进行。
9.一种通过如权利要求1-8中任一所述的平流层飞艇姿态调整装置进行平流层飞艇姿态调整的方法，其特征在于，通过改变至少一个端部储液舱内液体的质量来改变平流层飞艇的质心和平流层飞艇的俯仰姿态。
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