CN109436283B - 一种飞翼式变体飞艇 - Google Patents

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Abstract

本发明属于飞艇设计领域，具体涉及一种飞翼式变体飞艇。目前的变体飞艇的变体过程中气动外形发生改变，气动阻力较大，静稳定性差，使得变体飞艇在升空和下降过程中一般采用浮力升降的方式，动力系统不参与，从而导致变体飞艇升空回收轨迹和姿态不可控，存在较大安全隐患。本发明提出了一种飞翼式变体飞艇，包括中部的硬式气囊、变体机构以及机翼，所述变体机构包括与硬式气囊连接的伸缩结构以及与伸缩结构同步运动的伸缩气囊，该伸缩气囊的开口与硬式气囊连通，伸缩结构外端与所述机翼连接；还包括螺旋桨推进器。使得飞艇在飞行的整个升空、平飞和降落过程中保持均保持纵向和横滚静稳定，飞艇姿态稳定性好。

Description

一种飞翼式变体飞艇
技术领域
本发明属于飞艇设计领域，具体涉及一种飞翼式变体飞艇。
背景技术
常规飞艇气动外形为：气囊外形采用头部大、尾部收缩的水滴状或椭球状，采用倒“Y”型或“X”型尾翼，气囊内部设计副气囊，气囊下部设整流罩。其中气囊主要提供浮力克服自身重量和任务载荷；副气囊通过风机与阀门调节气囊内部压力，使得气囊具有良好的刚度与气动外形；尾翼浮空器具有好的稳定性，保证浮空飞行器在要求的风场条件下正常工作；整流罩能够容纳任务载荷，对任务载荷实施保护并具有良好的气动外形，减小气动阻力。
常规飞艇的不足/局限：对囊体材料要求很高，由于平流层飞艇要长期滞空在低密度、高辐射、低温、低压的环境下，艇内重填的氦气渗透性较高，因此，蒙皮材料必须具有高强度、抗辐射、耐低温、低氦渗透、抗撕裂和挠曲以及高工艺性等特点；而且只有通过调节副气囊中的空气量和增减艇载配重，才能实现对飞艇起降、航高、载荷等控制，且飞艇副气囊的空气容量、吸入或排除空气的速率总是有一定限度的，这个限度和囊体材料特性决定了飞艇在垂直方向的运动能力和能达到的最高高度。
自李晓阳博士提出变体空天飞艇的创新科学理论和其实现技术后，一种全新的飞艇设计和工程实现的思路进入人们视线内。变体飞艇是通过现有科技条件下可行的技术方法，借助大气压力使飞艇能够实现自适应或可控的数十倍容积变化，利用而不是对抗大气压力，改变其静升力和垂直向的运动，变体过程中能保持可操纵性和动升力，从而实现从地面到临近空间的三维全向可控飞行或定点悬浮。
变体飞艇与常规飞艇根本区别在于变体飞艇采用艇载低压氦气伺服系统来配合变体，调节和维持囊体内的压力保持在一个预定值上或范围内。这就使得囊体容积足够大的飞艇可以轻易上升到平流层区域，而不用担心囊体发生爆炸。
变体飞艇可分为径向变体和纵向变体两大类型，如图1和图2所示。但目前的变体飞艇的变体过程中气动外形发生改变，气动阻力较大，静稳定性差，使得变体飞艇在升空和下降过程中一般采用浮力升降的方式，动力系统不参与，从而导致变体飞艇升空回收轨迹和姿态不可控，存在较大安全隐患。
发明内容
本发明提出了一种飞翼式变体飞艇，使得飞艇在飞行的整个升空、平飞和降落过程中保持均保持纵向和横滚静稳定，飞艇姿态稳定性好。
一种飞翼式变体飞艇，其采用飞翼式气动布局，包括中部的硬式气囊、变体机构以及机翼，所述变体机构包括与硬式气囊连接的伸缩结构以及与伸缩结构同步运动的伸缩气囊，该伸缩气囊的开口与硬式气囊连通，伸缩结构外端与所述机翼连接；还包括螺旋桨推进器。
所述机翼具有操作舵面。
在所述变体机构末端、硬式气囊下表面都安装有螺旋桨推进器。
所述伸缩气囊与硬式气囊的变体接缝在硬式气囊内侧，沿航向分布。
通过所述伸缩结构控制伸缩气囊沿展向进行伸缩。
在收缩状态下，由硬式气囊及两侧的机翼构成飞翼式气动布局；在伸出状态下，由变体机构、机翼和硬式气囊共同构成飞翼式气动布局。
有益效果：本发明的变体飞艇采用飞翼式，变体机构是飞翼式布局的一部分，变体全程飞艇均保持很好的飞翼式外形，因此全程飞行轨迹及姿态可控；同时由于该外形具备很大的升力系数，在飞行过程中可增强抗风能力并可带净重飞行。
附图说明
图1为径向变体的变化过程图示，a-最小状态，b-相邻弦线呈直线状态，c-相邻弧线圆弧过渡状态，d-最大状态；
图2为纵向变体的变化过程图示；
图3为本发明飞翼式变体飞艇的外形示意图；
图4为本发明飞翼式变体飞艇的变形过程示意图。
具体实施方式
图3中飞翼式变体飞艇，采用飞翼式气动布局，包括中部的硬式气囊1、变体机构2以及机翼3，所述变体机构2包括与硬式气囊1连接的伸缩结构以及与伸缩结构同步运动的伸缩气囊，该伸缩气囊的开口与硬式气囊1连通，伸缩结构外端与所述机翼3连接；还包括螺旋桨推进器。
所述机翼3具有操作舵面。在所述变体机构2末端、硬式气囊1下表面都安装有螺旋桨推进器。所述伸缩气囊与硬式气囊1的变体接缝4在硬式气囊1内侧，沿航向分布。通过所述伸缩结构控制伸缩气囊沿展向进行伸缩。
在收缩状态下，由硬式气囊1及两侧的机翼3构成飞翼式气动布局；在伸出状态下，由变体机构2、机翼3和硬式气囊1共同构成飞翼式气动布局。
图4中，变体程度分别为0％，25％，50％，75％和100％下的飞艇外形，结合表1-表4可以看出，变体飞艇在变体初期变体0％和完全变体变体100％后，均保持较小的阻力系数，且具备纵向静稳定和横滚静稳定特性。这使得飞艇在变体过程中具备良好的气动特性，可实现升空、平飞、降落全程飞行轨迹及姿态可控。
表1变体0％纵向气动静导数
α Cd Cl Mz
-10 0.077464365 -1.1026651 0.001195279
-5 0.030044964 -0.54352035 -0.001636677
-2 0.01718453 -0.20396966 -0.002009431
-1 0.015501692 -0.090657637 -0.001936621
0 0.015073586 0.02252685 -0.001864707
5 0.032405111 0.59447567 -0.005105434
10 0.083440391 1.1675168 -0.015834431
表2变体0％横向气动静导数
β Cd Cc Mx My
-15 0.017782509 0.022775718 0.11265944 0.008616071
-10 0.016085141 0.01504575 0.075111016 0.005595838
-5 0.015157119 0.007375295 0.037329529 0.002686788
0 0.015073586 0 0 0
5 0.01508921 -0.007420282 -0.037314192 -0.002713848
10 0.016084755 -0.01504552 -0.075111619 -0.005595787
15 0.017782083 -0.022775628 -0.1126587 -0.008616014
表3变体100％纵向气动静导数
α Cd Cl Mz
-10 0.040068351 -0.77075221 0.103466103
-5 0.022268602 -0.4014372 0.056814192
-2 0.017159764 -0.16104614 0.021655254
0 0.0163039 0.003719163 -0.00365504
5 0.022619852 0.41009021 -0.065629007
10 0.040976456 0.7815265 -0.11498431
表4变体100％横向气动静导数
β Cd Cc Mx My
-15 0.016125424 0.003182688 0.091291897 0.027242494
-10 0.016044822 0.002067679 0.061067411 0.018410336
-5 0.016004183 0.001006036 0.030421028 0.009246012
0 0.0163039 0 0 0
5 0.016004252 -0.001006024 -0.030423176 -0.009246216
10 0.016044991 -0.002067641 -0.061072982 -0.018410431
15 0.016125982 -0.003182856 -0.091317958 -0.02724323

Claims (3)

1.一种飞翼式变体飞艇，其特征在于：其采用飞翼式气动布局，包括中部的硬式气囊(1)、变体机构(2)以及机翼(3)，所述变体机构(2)包括与硬式气囊(1)连接的伸缩结构以及与伸缩结构同步运动的伸缩气囊，该伸缩气囊的开口与硬式气囊(1)连通，伸缩结构外端与所述机翼(3)连接；还包括螺旋桨推进器；所述机翼(3)具有操作舵面；所述伸缩气囊与硬式气囊(1)的变体接缝(4)在硬式气囊(1)内侧，沿航向分布；在收缩状态下，由硬式气囊(1)及两侧的机翼(3)构成飞翼式气动布局；在伸出状态下，由变体机构(2)、机翼(3)和硬式气囊(1)共同构成飞翼式气动布局。
2.根据权利要求1所述的飞翼式变体飞艇，其特征在于：在所述变体机构(2)末端、硬式气囊(1)下表面都安装有螺旋桨推进器。
3.根据权利要求1所述的飞翼式变体飞艇，其特征在于：通过所述伸缩结构控制伸缩气囊沿展向进行伸缩。
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