CN109649627B - 高空飞艇超冷超热控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种高空飞艇超冷超热控制方法，通过在主囊体内部布置用于约束浮升体形态的绳网，并通过绳网和浮升体将主囊体内部分隔出互相联通的空气通路和空气隔层，然后通过鼓风机和阀门的联合操纵实现环境大气与囊体内部空气的交换，使外部热源在流动空气的作用下无法影响浮升气囊内气体的温度或对其温度进行调节，达到浮升体隔热保温及调控的目的避免高空飞艇出现超冷超热，浮力及高度变化的问题，进一步提高飞艇平台的综合性能。本发明可有效实现高空飞艇放飞、昼夜驻空以及返回期间浮升囊体内部气体超冷超热控制，进而实现高空飞艇的长期可靠稳定驻空。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种航空器控制领域的技术，具体是一种高空飞艇超冷超热控制方法。
背景技术
高空飞艇在放飞返回，特别是在昼夜驻空期间，由于外部热环境的显著变化，白天会在太阳照射、地面及云层反照等热源的作用下会使飞艇囊体内的浮升气体的温度升高，从而导致其体积和所产生的浮力的增大，晚上由于飞艇的辐射换热会使其囊体内的温度低于环境温度，进而使浮升气体的体积减小、浮力减小。这些外部热环境的昼夜显著变化，会使飞艇的驻空时间和高度难以保持。目前一些常规的超冷超热控制方法在能量和工程实现上存在一定的困难。为了可靠有效地解决高空飞艇浮升气体温度变化问题，提出一种高空飞艇超冷超热控制方法和系统，解决高空飞艇浮升气体的超冷超热问题。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种高空飞艇超冷超热控制方法，可有效实现高空飞艇放飞、昼夜驻空以及返回期间浮升囊体内部气体超冷超热控制，为了有效的抑制浮升体内气体，由于昼夜外部热环境变化而引起其自身的温度变化，通过飞艇囊体内部的结构布局设计，使整个主气囊实现空气联通或局部分段联通，通过主囊体内与外界环境的空气交换，达到浮升体隔热保温的目的，进而实现高空飞艇的长期可靠稳定驻空。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种高空飞艇超冷超热控制方法，通过在主囊体内部布置用于约束浮升体形态的绳网，并通过绳网和浮升体将主囊体内部分隔出互相联通的空气通路和空气隔层，然后通过鼓风机和阀门的联合操纵实现环境大气与囊体内部空气的交换，使外部热源在流动空气的作用下无法影响浮升气囊内气体的温度或对其温度进行调节，达到浮升体隔热保温及调控的目的避免高空飞艇出现超冷超热，浮力及高度变化的问题，进一步提高飞艇平台的综合性能。
所述的联合操纵是指：同时运行主动向主气囊充气的鼓风机与被动排气的空气阀，在空气阀将主囊体内部的热空气排出的同时，鼓风机将大气环境中的恒温空气充入主气囊达到主气囊内部空气的有效置换。
所述的分隔是指：根据飞艇外形长细比的不同，将其沿纵轴分隔成可容纳浮升气囊的空间，相邻两浮升气囊之间通过径向绳网形成分隔，以约束浮升气囊在未充满状态下的不稳定晃动。
所述的空气通路是指：在主气囊内部，通过纵向和径向绳网的共同作用，在主气囊具有一定压差条件下，可将浮升气囊限制在各自的位置，使浮升气囊与蒙皮之间形成空气流通的联通区域，即形成空气通路。
所述的空气隔层是指：在蒙皮和绳网约束的浮升气囊之间形成一定尺寸的间隙，这些空间采用空气进行填充，形成空气隔层。
所述的鼓风机具体设置于飞艇的腹部，在整个主气囊形成空气通路条件下，多个鼓风机可均匀分布在飞艇纵向；在主气囊内局部形成空气通路时，鼓风机布置在该区域的中部。鼓风机开口朝外，在其运转时可实现将环境的恒温空气充入主气囊内。
所述的阀门设置于飞艇的顶部，在整个主气囊形成空气通路条件下，多个空气阀门可均匀分布在飞艇纵向；在主气囊内局部形成空气通路时，阀门布置在该区域的中部。阀门可采用内开或外开形式，在其工作时打开，可实现将主气囊内的热空气排入大气中。
技术效果
与现有技术相比，本发明通过主气囊内部结构设计并利用飞艇已有的环控系统空气鼓风机和阀门设备，实现简单，能耗低。通过鼓风机和阀门的协调操纵，实现主囊体内部空气与环境恒温空气的快速置换，使主囊体内空气隔层的温度始终保持在环境温度，空气隔层作为保温层实现浮升体内气体的温度恒定，温度恒定的浮升气体，产生恒定的浮力，整个飞艇的压差和高度基本恒定。
附图说明
图1为本发明的飞艇内部结构布置示意图；
图2为本发明的空气鼓风机和阀门的布置示意图；
图3为本发明的空气通路和空气隔层示意图；
图中：主气囊1、浮升体2、纵向绳网3、径向绳网4、帘布5、尾翼6、空气阀门7、空气鼓风机8、空气通路和空气隔层9。
具体实施方式
如图1所示，为本实施例涉及的一种高空飞艇超冷超热控制系统，其中包含：主气囊1、浮升体2、纵向绳网3、径向绳网4、帘布5、尾翼6，其中：纵向绳网3和径向绳网4通过帘布5进行连接，形成整体网状结构约束浮升体2；浮升体2产生的浮力通过纵向绳网3、径向绳网4和帘布5均匀分布在主囊体1上，尾翼7设置于主囊体1的外部。
如图2所示，所述的控制系统中进一步设有：空气阀门7和空气鼓风机8，其中：空气阀门7设置于主囊体1的顶部，空气鼓风机8设置于主囊体1的腹部。
如图3所示，所述的控制系统中进一步设有：空气通路和空气隔层9。
所述的主囊体1，通过内外压差实现飞艇保形，压差范围在100～300Pa。
所述的浮升体2，通过内部填充浮升气体产生浮力，采用氦气或氢气。
所述的纵向绳网3，通过将其张紧实现约束浮升体的目的，采用满足强度要求的轻质超高分子量聚乙烯绳索形成绳网。
所述的径向绳网4，通过与纵向绳网3和帘布5共同将浮力均匀分布在主囊体1上，采用满足强度要求的轻质超高分子量聚乙烯绳索。
所述的空气阀门7和空气鼓风机8，通过联合操纵实现主囊体1内部空气与环境空气的置换，空气阀门采用直径30cm，单个鼓风机在300Pa压差下的流量为1m3/s。
所述的空气通路和空气隔层9，通过主气囊内部绳网约束浮升体2，在蒙皮和浮升体之间形成一定尺寸的间隙，达到主囊体内局部或全部联通，在空气阀门7和空气鼓风机8联合操纵下可使主气囊内部的热空气排出，环境恒温空气充入，实现空气的置换。对于6万立方的飞艇，在绳网约束下空气隔层的厚度15cm，整个空气通路的体积为1900m3。
所述的整个控制系统，通过计算分析，对于6万立方的飞艇，仅需要1900立方就可实现整个主气囊空气联通，空气隔层厚度为15cm，在鼓风机和阀门总流量为3m3/s条件下，通过12分钟即可将主气囊内的热空气全部置换为环境的恒温空气，整个系统消耗的能源约0.2Kwh。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。
Claims (1)
1.一种基于高空飞艇超冷超热控制方法的高空飞艇，其特征在于，该高空飞艇包括：主气囊、浮升气囊、纵向绳网、径向绳网、帘布、尾翼、空气阀门和空气鼓风机，其中：纵向绳网和径向绳网通过帘布进行连接，形成整体网状结构约束浮升气囊；浮升气囊产生的浮力通过纵向绳网、径向绳网和帘布均匀分布在主气囊上，尾翼设置于主气囊的外部；空气阀门设置于主气囊的顶部，空气鼓风机设置于主气囊的腹部；通过联合操纵实现主气囊内部空气与环境空气的置换；
所述的空气阀门的直径为30cm，单个鼓风机在300Pa压差下的流量为1m3/s；
所述的主气囊，通过内外压差实现飞艇保形，压差范围在100～300Pa；
所述的浮升气囊，通过内部填充浮升气体产生浮力，采用氦气或氢气；
所述的超冷超热控制方法是指：通过在主气囊内部布置用于约束浮升气囊形态的绳网，并通过绳网和浮升气囊将主气囊内部分隔出互相联通的空气通路和空气隔层，然后通过鼓风机和阀门的联合操纵实现环境大气与囊体内部空气的交换，使外部热源在流动空气的作用下无法影响浮升气囊内气体的温度或对其温度进行调节，达到浮升气囊隔热保温及调控的目的避免高空飞艇出现超冷超热，浮力及高度变化的问题，进一步提高飞艇平台的综合性能；
所述的联合操纵是指：同时运行主动向主气囊充气的鼓风机与被动排气的空气阀门 ，在空气阀门 将主气囊内部的热空气排出的同时，鼓风机将大气环境中的恒温空气充入主气囊达到主气囊内部空气的有效置换；
所述的分隔是指：根据飞艇外形长细比的不同，将其沿纵轴分隔成可容纳浮升气囊的空间，相邻两浮升气囊之间通过径向绳网形成分隔，以约束浮升气囊在未充满状态下的不稳定晃动；
所述的空气通路是指：在主气囊内部，通过纵向和径向绳网的共同作用，在主气囊具有一定压差条件下，可将浮升气囊限制在各自的位置，使浮升气囊与蒙皮之间形成空气流通的联通区域，即形成空气通路；
所述的空气隔层是指：在蒙皮和绳网约束的浮升气囊之间形成一定尺寸的间隙并采用空气进行填充，形成空气隔层；通过主气囊内部绳网约束浮升气囊，在蒙皮和浮升气囊之间形成间隙，达到主气囊内局部或全部联通，在空气阀门和空气鼓风机联合操纵下可使主气囊内部的热空气排出，环境恒温空气充入，实现空气的置换；
所述的鼓风机具体设置于飞艇的腹部，在整个主气囊形成空气通路条件下，多个鼓风机可均匀分布在飞艇纵向；在主气囊内局部形成空气通路时，鼓风机布置在该区域的中部；鼓风机开口朝外，在其运转时可实现将环境的恒温空气充入主气囊内；
所述的阀门设置于飞艇的顶部，在整个主气囊形成空气通路条件下，多个空气阀门可均匀分布在飞艇纵向；在主气囊内局部形成空气通路时，阀门布置在该区域的中部；阀门可采用内开或外开形式，在其工作时打开，可实现将主气囊内的热空气排入大气中；
所述的纵向绳网，通过将其张紧实现约束浮升气囊的目的，采用轻质超高分子量聚乙烯绳索形成绳网；
所述的径向绳网，通过与纵向绳网和帘布共同将浮力均匀分布在主气囊上，采用轻质超高分子量聚乙烯绳索。
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