CN112937828A - 一种浮空器的多气柱囊体结构及浮空器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种浮空器的多气柱囊体结构和浮空器，包括外部气囊，还包括并列设置在外部气囊内部的氦气柱和空气柱；氦气柱和空气柱均设置有若干个；每个氦气柱包括氦气柱状气囊、第一风道和氦气阀门；每个空气柱包括柱型空气囊，第二风道、空气阀门和第三风道。本发明通过开、闭氦气阀门和空气阀门，进而来调节氦气柱和空气柱内的气压，氦气柱和空气柱承受主要气体压力差，大大减少外部气囊受的内外气压差；且氦气柱和空气柱相对于外部气囊的最大半径减少很多，氦气柱和空气柱的最大应力比浮空器外部气囊的最大应力小很多；且每一个氦气柱都能通过第二风道、空气阀门独立控制，可提高氦气存贮整体气密安全性，进而提高浮空器整体气密性。

Description

一种浮空器的多气柱囊体结构及浮空器
技术领域
本发明涉及浮空器总体设计技术领域，具体为一种浮空器的多气柱囊体结构及浮空器。
背景技术
浮空器由于大气密度低，要想有较大的载荷需要巨大的体积才能产生足够的升力。根据表面受力分析，相似外形、相同内外气压差，体积越大浮空器的外表面应力越大。并且长航时浮空器的还存在白天超热超压的问题，进一步恶化了表面囊体的受力水平，严重威胁到浮空器安全。如专利CN106114810A公开了一种浮空器囊体和浮空器，浮空器囊体包括主囊腔和隔热囊腔，主囊腔内主要填充用于提供浮力的气体，隔热囊腔设置在主囊腔的外侧，用于在主囊腔和外界环境之间提供隔热，避免外界的热量直接传到主囊腔内并加热气体。
高空浮空器还存在气密性问题，如果氦气囊出现了漏气，那高度就立刻下降。整个浮空器的氦气囊没有余度备份，是一个单点故障，一旦出现漏气很难补救。如专利CN105015758A公开了一种变囊体气囊及浮空器，其气囊内设置副气囊。
一般出于减少应力集中和减少气动阻力考虑，高空浮空器的外形采用旋成体。某些载荷更偏好平坦的外表面来布置，而旋成体表面就很难适应。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：如何解决现有技术的浮空器表面气囊应力过大和气密安全性差的问题。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
一种浮空器的多气柱囊体结构，包括外部气囊，还包括并列设置在所述外部气囊内部的氦气柱和空气柱；所述氦气柱和所述空气柱均设置有若干个且相互并列设置；
每个所述氦气柱包括氦气柱状气囊、第一风道和氦气阀门；所述第一风道一端与所述氦气柱状气囊内部连通，所述第一风道另一端伸出至所述外部气囊外部；所述氦气阀门连接在所述第一风道上；
每个所述空气柱包括柱型空气囊、第二风道、空气阀门和第三风道；所述第二风道一端与所述柱型空气囊一端连通，所述第二风道另一端伸出至所述外部气囊外部；所述空气阀门连接在所述第二风道上；所述第三风道一端与所述柱型空气囊另一端连通，所述第三风道另一端伸出至所述外部气囊外部。
本发明在外部气囊内部排列设置有若干个氦气柱和若干个空气柱，且每个气柱都通过独立的风道与外界大气联通，通过开、闭氦气阀门和空气阀门，进而来调节氦气柱和空气柱内的气压，氦气柱和空气柱承受主要气体压力差，大大减少外部气囊受的内外气压差；同时因为氦气柱和空气柱没有直接受到太阳光的照射，氦气柱和空气柱自身的超热超压程度远小于只有氦气囊与副气囊的浮空器，而且氦气柱和空气柱相对于外部气囊的最大半径减少很多，氦气柱和空气柱的最大应力比浮空器外部气囊的最大应力小很多；且每一个氦气柱都能通过第一风道和氦气阀门独立控制，可提高氦气存贮整体气密安全性，每一个空气柱都能通过第二风道、空气阀门，可提高空气存贮整体气密安全性。
优选地，还包括抓手，所述氦气柱、空气柱与所述外部气囊之间通过所述抓手连接；所述抓手为添加囊体材料粘合形成的加强系挂点。
优选地，所述外部气囊上设置有轴流风机和外部阀门；通过在外部气囊上设置有独立的轴流风机和外部阀门，可以一直保持外部气囊内外较小的气压差。
优选地，每个所述空气柱还包括空气风机，所述空气风机连接在所述第三风道上；空气风机的作用是当空气柱内部气压不够的时候启动，使空气柱升高到合适值。
优选地，所述氦气柱和空气柱沿所述外部气囊的轴线方向并列设。
优选地，所述氦气柱和空气柱沿垂直于所述外部气囊的轴线方向并列设置或者与外部气囊的轴线成其他角度。
优选地，所述氦气柱状气囊与所述柱型空气囊的材料强度大于所述外部气囊的材料强度；氦气柱状气囊与柱型空气囊的材料强度大于外部气囊的材料强度，保证氦气柱和空气柱能够承受很大的气压差，而外部气囊只承受很小的气压差或者不承受气压差。
优选地，所述氦气柱和空气柱的结构为呈圆柱形、椭圆柱形或其他形状。
优选地，所述第一风道、第二风道和第三风道的直径均不超过1m。
一种浮空器，包括多气柱囊体结构、尾翼和吊舱载荷，所述多气柱囊体结构包括如上述任一项所述的多气柱囊体结构。
本发明的优点在于：
1、本发明在外部气囊内部排列设置有若干个氦气柱和若干个空气柱，且每个气柱都通过独立的风道与外界大气联通，通过开、闭氦气阀门和空气阀门，进而来调节氦气柱和空气柱内的气压，氦气柱和空气柱承受主要气体压力差，大大减少外部气囊受的内外气压差；同时因为氦气柱和空气柱没有直接受到太阳光的照射，氦气柱和空气柱自身的超热超压程度远小于只有氦气囊与副气囊的浮空器，而且氦气柱和空气柱相对于外部气囊的最大半径减少很多，氦气柱和空气柱的最大应力比浮空器外部气囊的最大应力小很多；且每一个氦气柱都能通过第一风道和氦气阀门独立控制，可提高氦气存贮整体气密安全性，每一个空气柱都能通过第二风道、空气阀门独立控制，可提高空气存贮整体气密安全性。
2、通过在外部气囊上设置有独立的轴流风机和外部阀门，可以一直保持外部气囊内外较小的气压差。
3、本发明在第三风道上设置有空气风机，空气风机的作用是当空气柱内部气压不够的时候启动，使空气柱升高到合适值。
4、本发明的氦气柱状气囊与柱型空气囊的材料强度大于外部气囊的材料强度，保证氦气柱和空气柱能够承受很大的气压差，而外部气囊只承受很小的气压差或者不承受气压差。
附图说明
图1为本发明一种浮空器的多气柱囊体结构的结构示意图；
图2为本发明实施例的氦气柱和空气柱的结构示意图。
附图标号说明：
1、外部气囊；11、轴流风机；12、外部阀门；2、氦气柱；21、氦气柱状气囊；22、第一风道；23、氦气阀门；3、空气柱；31、柱型空气囊；32、第二风道；22、空气阀门；34、第三风道；35、空气风机；4、抓手；101、吊舱载荷；102、尾翼。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1、图2所示，本实施例公开了一种浮空器，包括多气柱囊体结构、尾翼101和吊舱载荷102，其中，多气柱囊体结构包括外部气囊1，还包括并列设置在外部气囊1内部的氦气柱2、空气柱3和抓手4(图中未示出)。
如图1所示，本实施例的外部气囊1的表面装配有轴流风机11和外部阀门12(图中未示出)。
如图1所示，本实施例沿外部气囊1的轴线方向紧密装配有若干个氦气柱2和若干个空气柱3；
每个氦气柱2均包括有氦气柱状气囊21、第一风道22和氦气阀门23；第一风道22的一端与氦气柱状气囊21的一端连通，第一风道22与氦气柱状气囊21之间通过添加囊体材料粘合连接，且第一风道22的另一端贯穿外部气囊1的表面并延伸至外部气囊1的外部与外部空气连通，第一风道22与外部气囊1的表面之间也通过添加囊体材料粘合连接；氦气阀门23采用现有的阀门安装技术安装在第一风道22上，用于控制氦气柱状气囊21内部与外部空气的连通；
每个空气柱3均包括柱型空气囊31、第二风道32、空气阀门33、第三风道34和空气风机35；第二风道32一端与柱型空气囊31一端连通，第二风道32与柱型空气囊31之间通过添加囊体材料粘合连接，第二风道32另一端贯穿外部气囊1的表面并延伸至外部气囊1的外部与外部空气连通，第二风道32与外部气囊1的表面之间也通过添加囊体材料粘合连接；空气阀门33采用现有的阀门安装技术安装在第二风道32上；第三风道34一端与柱型空气囊31另一端连通，第三风道34与柱型空气囊31之间通过添加囊体材料粘合连接，第三风道34另一端贯穿外部气囊1的表面并延伸至外部气囊1的外部，且在第三风道34另一端的端部安装有空气风机35，空气风机35的作用是当空气柱3内部气压不够的时候启动，使空气柱3升高到合适值。
本实施例的每个空气柱3也可以不设置第三风道34和空气风机35。
本实施例的抓手4为添加囊体材料粘合形成的加强系挂点，每个氦气柱2和每个空气柱3之间采用抓手4紧密连接，且氦气柱2、空气柱3与外部气囊1之间也采用抓手4连接。
本实施例的工作原理是：本发明提供一种浮空器的多气柱囊体结构，飞行期间，白天太阳出现，外部气囊1受到了太阳辐射，内部温度升高，气压升高，这时开启外部阀门12，放出空气，降低内部压力，降低外部气囊1受到的内外气压差，显著降低外部气囊1表面应力水平；当外部气囊1内部超热导致空气柱3内部温度上升，可以启动空气阀门33释放空气，降低内部压力，由于外部气囊1承受了所有的太阳照射，氦气柱2没有直接与外部强接触，氦气柱2内部气体超热程度与常规浮空器气囊相比减弱不少，在飞行过程中不开启氦气阀门23；
等到了夜里，没有了太阳辐射，外部气囊1内部气体开始冷却，气压开始下降，为了保持浮空器的气动外形，外部气囊1启动轴流风机11充入空气提高外部气囊1的内部气压直到略高与外部大气气压关闭轴流风机11；当浮空器完成任务需要下降高度返场，可以分批次开启氦气阀门23，保证浮空器下降速度不会太大，确保整个浮空器的安全；在下降过程中也需要随时调节轴流风机11和空气风机35，保证空气柱3和外部气囊1中的气压总是略高于外部气压，确保下降过程中浮空器的气动外形能维持住。
本发明相比现有技术存在以下优点：其一，本发明在外部气囊1内部排列设置有若干个氦气柱2和若干个空气柱3，且每个气柱都通过独立的风道与外界大气联通，通过开、闭氦气阀门23和空气阀门33，进而来调节氦气柱2和空气柱3内的气压，氦气柱2和空气柱3承受主要气体压力差，大大减少外部气囊1受的内外气压差；同时因为氦气柱2和空气柱3没有直接受到太阳光的照射，氦气柱2和空气柱3自身的超热超压程度远小于只有氦气囊与副气囊的浮空器，而且氦气柱2和空气柱3相对于外部气囊1的最大半径减少很多，氦气柱2和空气柱3的最大应力比浮空器外部气囊1的最大应力小很多；且每一个氦气柱2都能通过第一风道22和氦气阀门23独立控制，可提高氦气存贮整体气密安全性，每一个空气柱3都能通过第二风道32、空气阀门33，可提高空气存贮整体气密安全性。其二，通过在外部气囊1上设置有独立的轴流风机11和外部阀门12，可以一直保持外部气囊1内外较小的气压差。其三，本发明在第三风道34上设置有空气风机35，空气风机35的作用是当空气柱3内部气压不够的时候启动，使空气柱3升高到合适值。
实施例二
本实施例与上述实施例的区别在于：本实施例的每个氦气柱2和每个空气柱3之间还可以采用绑扎等等方式进行软式连接，且氦气柱2、空气柱3与外部气囊1之间也可以采用绑扎等等方式进行软式连接。
实施例三
本实施例与上述实施例的区别在于：本实施例的氦气柱状气囊21与柱型空气囊31的材料强度大于外部气囊1的材料强度；氦气柱状气囊21与柱型空气囊31的材料强度大于外部气囊1的材料强度，保证氦气柱2和空气柱3能够承受很大的气压差，而外部气囊1只承受很小的气压差或者不承受气压差。
实施例四
本实施例与上述实施例的区别在于：本实施例的若干个氦气柱2和若干个空气柱3沿垂直于外部气囊1的轴线方向紧密排列，只需要保证浮空器中心低于浮心。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种浮空器的多气柱囊体结构，包括外部气囊，其特征在于：还包括并列设置在所述外部气囊内部的氦气柱和空气柱；所述氦气柱和所述空气柱均设置有若干个且相互并列设置；
每个所述氦气柱包括氦气柱状气囊、第一风道和氦气阀门；所述第一风道一端与所述氦气柱状气囊内部连通，所述第一风道另一端伸出至所述外部气囊外部；所述氦气阀门连接在所述第一风道上；
每个所述空气柱包括柱型空气囊、第二风道、空气阀门和第三风道；所述第二风道一端与所述柱型空气囊一端连通，所述第二风道另一端伸出至所述外部气囊外部；所述空气阀门连接在所述第二风道上；所述第三风道一端与所述柱型空气囊另一端连通，所述第三风道另一端伸出至所述外部气囊外部。
2.根据权利要求1所述的一种浮空器的多气柱囊体结构，其特征在于：还包括抓手，所述氦气柱、空气柱与所述外部气囊之间通过所述抓手连接；所述抓手为添加囊体材料粘合形成的加强系挂点。
3.根据权利要求2所述的一种浮空器的多气柱囊体结构，其特征在于：所述外部气囊上设置有轴流风机和外部阀门。
4.根据权利要求1所述的一种浮空器的多气柱囊体结构，其特征在于：每个所述空气柱还包括空气风机，所述空气风机连接在所述第三风道上。
5.根据权利要求1所述的一种浮空器的多气柱囊体结构，其特征在于：所述氦气柱和空气柱沿所述外部气囊的轴线方向并列设置。
6.根据权利要求1所述的一种浮空器的多气柱囊体结构，其特征在于：所述氦气柱和空气柱沿垂直于所述外部气囊的轴线方向并列设置或与外部气囊的轴线成其他角度方向并列设置。
7.根据权利要求1所述的一种浮空器的多气柱囊体结构，其特征在于：所述氦气柱状气囊与所述柱型空气囊的材料强度大于所述外部气囊的材料强度。
8.根据权利要求1所述的一种浮空器的多气柱囊体结构，其特征在于：所述氦气柱和空气柱的结构为呈圆柱形、椭圆柱形或其他形状。
9.根据权利要求1所述的一种浮空器的多气柱囊体结构，其特征在于：所述第一风道、第二风道和第三风道的直径均不超过1m。
10.一种浮空器，包括多气柱囊体结构、尾翼和吊舱载荷，其特征在于，所述多气柱囊体结构包括如权利要求1-9任一项所述的多气柱囊体结构。
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