CN110775241A - 一种平流层飞艇对接系统 - Google Patents

Abstract

一种平流层飞艇对接系统，该系统包括平流层目标飞艇、对接锥、蝶形追踪飞艇和对接杆，其中：对接锥安装在平流层目标飞艇顶部，对接杆安装在蝶形追踪飞艇底部，蝶形追踪飞艇和平流层目标飞艇对接时，对接杆与对接锥进行捕获和锁紧操作，进而实现蝶形追踪飞艇和平流层目标飞艇的对接。本发明提出的平流层飞艇对接系统，使用杆锥式对接结构，对接过程中不需要发生点对点的对接，只要实现面对面的对接，显著降低了对接过程的控制难度；同时采用飞艇对接的手段为平流层飞艇补给能源，延长了平流层飞艇的驻空时间，提高了平流层飞艇的应用价值和经济价值。

Description

一种平流层飞艇对接系统

技术领域

本发明涉及飞行器领域，尤其涉及一种平流层飞艇对接系统。

背景技术

近年来，临近空间因其独特的资源优势成为各国关注的热点，平流层飞艇(Stratospheric airship)是开发、利用临近空间的有效手段之一。平流层飞艇是一种依靠浮力长时驻空飞行的浮空飞行器，随着新材料、新工艺的不断应用，平流层飞艇的性能不断改进提高，具有可定点、留空时间长、全天候等优点，但与此同时，也遗留了传统飞艇机动性差、氦气泄露、能源不足等问题。

目前，世界上平流层飞艇技术领先的国家，尚没有有效的方法使平流层飞艇成功返回，所以在很长一段时间内，平流层飞艇将面临不可重复利用的窘境。对于一个耗资巨大、无法回收的大型飞艇平台来说，其滞空时间的长短就是其价值的所在，如果能用有效的手段延长其滞空时间，可以提高了其经济效益。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种平流层飞艇对接系统，以解决平流层飞艇能源不足的问题，延长平流层飞艇的驻空时间。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明提供了一种平流层飞艇对接系统，该系统包括平流层目标飞艇、对接锥、蝶形追踪飞艇和对接杆，其中：

对接锥安装在平流层目标飞艇顶部，对接杆安装在蝶形追踪飞艇底部，蝶形追踪飞艇和平流层目标飞艇对接时，对接杆与对接锥进行捕获和锁紧操作，进而实现蝶形追踪飞艇和平流层目标飞艇的对接。

上述方案中，平流层目标飞艇包括飞艇气囊、吊舱、推进器和尾翼，其中：

飞艇气囊作为平流层目标飞艇主体，内部为氦气，产生用于飞行的浮升力；

吊舱位于平流层目标飞艇底部，作为执行任务所需设备的安装平台；

推进器位于平流层目标飞艇侧部，用于产生飞艇前进的动力；

尾翼位于平流层目标飞艇后部，用于调节飞艇平衡。

上述方案中，蝶形追踪飞艇包括蝶形气囊、矢量倾转推进器、支撑杆和吊舱，其中：

蝶形气囊位于蝶形追踪飞艇上部，其内部为氦气，产生用于飞行的浮升力；

矢量倾转推进器位于蝶形追踪飞艇的两侧，用于产生蝶形追踪飞艇前进的动力，以及在对接时提供垂直方向的矢量推力；

支撑杆位于蝶形气囊和吊舱之间，用于连接气囊与吊舱；

吊舱用于安装设备及携带所补给的能源。

上述方案中，对接杆与对接锥进行捕获和锁紧操作，进而实现蝶形追踪飞艇和平流层目标飞艇的对接，包括：

蝶形追踪飞艇利用自身携带的定位装置调整与平流层目标飞艇的相对位置，直到位于平流层目标飞艇上空指定高度时保持与平流层目标飞艇同速飞行；

蝶形追踪飞艇降低高度靠近平流层目标飞艇，此过程中将对接杆与平流层目标飞艇的对接锥对准，当对接杆与对接锥接触后，对接杆在对接锥锥面的导引下滑向对接锥底部；

对接杆的头部进入对接锥底部的同时，对接杆的捕获装置将对接锥与对接杆锁紧，随后通过对接杆将追踪飞艇与目标飞艇拉近贴合，完成对接操作，对平流层目标飞艇进行能量补给。

(三)有益效果

(1)本发明提出的平流层飞艇对接系统，采用飞艇对接的手段为平流层飞艇补给能源，延长了平流层飞艇的驻空时间，提高了平流层飞艇的应用价值和经济价值；

(2)本发明提出的平流层飞艇对接系统，采用垂直对接的方式实现平流层飞艇的对接，追踪飞艇通过垂直矢量推进可控的接近目标飞艇完成对接，对接过程的冲击不会使平流层目标飞艇姿态突变，提高了平流层飞艇对接的成功率；

(3)本发明提出的平流层飞艇对接系统，使用杆锥式对接结构，对接过程中不需要发生点对点的对接，只要实现面对面的对接，显著降低了对接过程的控制难度；

(4)本发明提出的平流层飞艇对接系统，对接结构可在对接成功后提供足够的结合力，维持追踪飞艇和目标飞艇的相对位置关系，确保能源补给过程的安全性。

附图说明

图1是依照本发明实施例的平流层飞艇对接系统组成示意图；

图2是依照本发明实施例的平流层目标飞艇组成示意图；

图3是依照本发明实施例的蝶形追踪飞艇组成部分。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明中图1是依照本发明实施例的平流层飞艇对接系统组成示意图，如图1所示，平流层飞艇对接系统包括平流层目标飞艇1、对接锥2、蝶形追踪飞艇3和对接杆4，其中：对接锥2安装在平流层目标飞艇1顶部，对接杆4安装在蝶形追踪飞艇3底部，对接时蝶形追踪飞艇3从平流层目标飞艇1上部下降，对接杆4与对接锥2碰撞、缓冲并锁紧完成对接过程。

如图2中所示，平流层目标飞艇1包括飞艇气囊11、吊舱12、推进器13和尾翼14，其中：飞艇气囊11内充氦气，产生用于飞行的浮升力；吊舱12位于平流层目标飞艇1底部，为执行任务所需设备的安装平台；推进器13位于平流层目标飞艇1侧部，用于产生飞艇前进的动力；尾翼14位于平流层目标飞艇1后部，用于调节飞艇平衡。

对接锥2安装在平流层目标飞艇1顶部，用于和对接杆4进行捕获和锁紧操作，对接锥2和对接杆4配合完成捕获和锁紧的操作具体包括：蝶形追踪飞艇3利用自身携带的定位装置调整与平流层目标飞艇1的相对位置，直到位于平流层目标飞艇1上空指定高度时保持与平流层目标飞艇1同速飞行；蝶形追踪飞艇3降低高度靠近平流层目标飞艇1，此过程中将对接杆4与平流层目标飞艇1的对接锥2对准，当对接杆4与对接锥2接触后，对接杆4在对接锥2锥面的导引下滑向对接锥2底部；对接杆4的头部进入对接锥2底部的同时，对接杆4的捕获装置的将对接锥2与对接杆4锁紧，随后通过对接杆4将追踪飞艇与目标飞艇拉近贴合，完成对接操作，对平流层目标飞艇1进行能量补给；对平流层目标飞艇1进行能量补给后，对接杆4头部的捕获装置解锁，蝶形追踪飞艇3通过矢量推力向上运动远离平流层目标飞艇1，二者分离。

蝶形追踪飞艇3包括蝶形气囊31、矢量倾转推进器32、支撑杆33和吊舱34，其中：蝶形气囊31位于蝶形追踪飞艇3上部分，其内部为氦气，产生用于飞行的浮升力；矢量倾转推进器32位于蝶形追踪飞艇3的两侧，用于产生蝶形追踪飞艇3前进的动力，以及在对接时提供垂直方向的矢量推力；支撑杆33位于蝶形气囊31和吊舱34之间，采用碳纤维管材，用于连接气囊与吊舱；吊舱34用于携带安装设备和用于补给的能源。吊舱携带安装设备包括：平流层目标飞艇1运行需要的结构组件，如平流层目标飞艇1需要更换的部件，此外吊舱34携带的用于补给的能源包括：电和/或氦气。

对接杆4位于蝶形追踪飞艇3下部，与吊舱34相连接，对接杆4底部具有捕获装置，用于与对接锥2配合完成捕获和解锁操作。

应用本发明执行平流层飞艇对接任务的具体步骤如下：

(1)升空阶段。接到平流层目标飞艇1艇需要补给的指令后，追踪飞行器携带电池、氦气瓶等升空。

(2)寻的阶段。追踪飞行器利用自身携带的定位装置调整与平流层目标飞艇1的相对位置，直到位于平流层目标飞艇1上空指定高度时保持与平流层目标飞艇1同速飞行。

其中，平流层目标飞艇1上空指定高度为100米，或者在保证垂直对接空间充足的条件下其它的高度；

其中，追踪飞行器为蝶形追踪飞艇3，或者是其他具有较好垂直运动控制能力的飞艇或无人机。

(3)靠近接触阶段。追踪飞艇速度降低高度靠近平流层目标飞艇1，此过程中将对接杆4与平流层目标飞艇1的对接锥2对准，当对接杆4与对接锥2接触后，对接杆4在对接锥2锥面的导引下滑向对接锥2底部。

其中，追踪飞艇靠近目标飞艇的速度为2m/s，或者在保证对接碰撞安全的条件下采用其他速度。

(4)捕获锁紧阶段。对接杆4的头部进入对接锥2底部的同时，对接杆4的捕获装置的将对接锥2与对接杆4锁紧，随后通过对接杆4将追踪飞艇与目标飞艇拉近贴合，完成对接操作，对平流层目标飞艇1进行能量补给。

(5)能源补给阶段。追踪飞艇和目标飞艇上的电气接口和氦气管路联通，执行电、氦气等能源的补给。

(6)解锁分离阶段。在完成补给任务之后，断开电气接口和氦气管路，对接杆头部的捕获装置解锁，追踪飞艇通过矢量推力向上运动远离目标飞艇，二者分离。

(7)返回阶段。蝶形追踪飞艇返回地面或飞往下一平流层目标飞艇1执行对接补给任务。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种平流层飞艇对接系统，其特征在于，该系统包括平流层目标飞艇(1)、对接锥(2)、蝶形追踪飞艇(3)和对接杆(4)，其中：

对接锥(2)安装在平流层目标飞艇(1)顶部，对接杆(4)安装在蝶形追踪飞艇(3)底部，蝶形追踪飞艇(3)和平流层目标飞艇(1)对接时，对接杆(4)与对接锥(2)进行捕获和锁紧操作，进而实现蝶形追踪飞艇(3)和平流层目标飞艇(1)的对接。

2.根据权利要求1所述的平流层飞艇对接系统，其特征在于，所述平流层目标飞艇(1)包括飞艇气囊(11)、吊舱(12)、推进器(13)和尾翼(14)，其中：

飞艇气囊(11)作为平流层目标飞艇(1)主体，内部为氦气，产生用于飞行的浮升力；

吊舱(12)位于平流层目标飞艇(1)底部，作为执行任务所需设备的安装平台；

推进器(13)位于平流层目标飞艇(1)侧部，用于产生飞艇前进的动力；

尾翼(14)位于平流层目标飞艇(1)后部，用于调节飞艇平衡。

3.根据权利要求1所述的平流层飞艇对接系统，其特征在于，所述蝶形追踪飞艇(3)包括蝶形气囊(31)、矢量倾转推进器(32)、支撑杆(33)和吊舱(34)，其中：

蝶形气囊(31)位于蝶形追踪飞艇(3)上部，其内部为氦气，产生用于飞行的浮升力；

矢量倾转推进器(32)位于蝶形追踪飞艇(3)的两侧，用于产生蝶形追踪飞艇(3)前进的动力，以及在对接时提供垂直方向的矢量推力；

支撑杆(33)位于蝶形气囊(31)和吊舱(34)之间，用于连接气囊与吊舱(34)；

吊舱(34)用于携带安装设备和用于补给的能源。

4.根据权利要求3所述的平流层飞艇对接系统，其特征在于，所述支撑杆(33)采用碳纤维管材制成。

5.根据权利要求3所述的平流层飞艇对接系统，其特征在于，所述对接杆(4)与对接锥(2)进行捕获和锁紧操作，进而实现蝶形追踪飞艇(3)和平流层目标飞艇(1)的对接，包括：

蝶形追踪飞艇(3)利用自身携带的定位装置调整与平流层目标飞艇(1)的相对位置，直到位于平流层目标飞艇(1)上空指定高度时保持与平流层目标飞艇(1)同速飞行；

蝶形追踪飞艇(3)降低高度靠近平流层目标飞艇(1)，此过程中将对接杆(4)与平流层目标飞艇(1)的对接锥(2)对准，当对接杆(4)与对接锥(2)接触后，对接杆(4)在对接锥(2)锥面的导引下滑向对接锥(2)底部；

对接杆(4)的头部进入对接锥(2)底部的同时，对接杆(4)的捕获装置将对接锥(2)与对接杆(4)锁紧，随后通过对接杆(4)将追踪飞艇与目标飞艇拉近贴合，完成对接操作，对平流层目标飞艇(1)进行能量补给。

6.根据权利要求5所述的平流层飞艇对接系统，其特征在于，所述平流层目标飞艇(1)上空指定高度为100米。

7.根据权利要求5所述的平流层飞艇对接系统，其特征在于，所述蝶形追踪飞艇(3)降低高度靠近平流层目标飞艇(1)，蝶形追踪飞艇(3)降低高度靠近平流层目标飞艇(1)的速度为2m/s。

8.根据权利要求5所述的平流层飞艇对接系统，其特征在于，所述对接杆(4)与对接锥(2)进行捕获和锁紧操作，进而实现蝶形追踪飞艇(3)和平流层目标飞艇(1)的对接，还包括：

对平流层目标飞艇(1)进行能量补给后，对接杆(4)头部的捕获装置解锁，蝶形追踪飞艇(3)通过矢量推力向上运动远离平流层目标飞艇(1)，二者分离。

9.根据权利要求1所述的平流层飞艇对接系统，其特征在于，所述吊舱(34)用于携带安装设备和用于补给的能源，其中所述能源为电和/或氦气。

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