CN114313203B - 一种无人浮空飞艇 - Google Patents
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Abstract
本申请属于无人飞行器领域，为一种无人浮空飞艇，包括飞艇本体、动力及发电装置、涵道风扇和设备舱，飞艇本体包括骨架和蒙皮，动力及发电装置为航空发动机，工作时给飞艇本体提供机动运动的能量，并且航空发动机上自带有发电机；涵道风扇设置有多组并且每组涵道风扇均设于蒙皮内；设备舱内设有中控芯片、雷达及光学成像系统、武器系统；飞艇在起飞时，由航空发动机排出的高温尾气使飞艇内充满热气进行浮空，无人浮空飞艇在工作时浮空在平流层，而后通过雷达及光学成像系统对目标点进行侦察、监视、预警等功能，也即是同时具备了预警机和卫星的功能，并且相对于卫星距离地面更近，能够获得目标点更为清晰的图像。
Description
技术领域
本申请属于无人飞行器领域，特别涉及一种无人浮空飞艇。
背景技术
现代战争的作战模式已经进入到信息站和网络中心站阶段，新的战术思想和方法增加了对情报侦察的依赖性，能够实现预警、监视侦察、信息融合等作战任务的飞行器，在情报侦察、监视支援和信息控制等方面扮演着判断者的重要角色，成为各级军事指挥、控制及作战管理系统最重要的部分，作为协同作战中的重要网络节点，发挥着不可替代的作用。尤其是航空武器装备、放空武器的发展，目前超高空高速突防和低空突防已经成为取得战争主动权乃至战争胜利的有力手段。现有预警机、卫星等要应付上述威胁，在费效比以及立体防护上均存在不足，具体如下：
1、目前低空（8km~10km）预警、监视、侦察依靠的是预警机，必须通过固定机场进行起降和和空中加油，导致中低空监视侦察的效率低、花费成本高，而且无法实现全天候监视功能。
2、高空（>100km）监视、侦察依靠的是卫星，由于高度较高对地面及低空目标探测的灵敏度及精确度不高。
3、目前的无人浮空飞艇仅内置侦察设备，而无法自动调节姿态，无法对侦察到的目标进行攻击。
因此，必须发展一种能够实现预警、监视侦察，并且具有实时打击能力的飞艇。
发明内容
本申请的目的是提供了一种无人浮空飞艇，以解决现有技术中无人浮空飞艇功能较为单一的问题。
本申请的技术方案是：一种无人浮空飞艇，包括飞艇本体、动力及发电装置、涵道风扇和设备舱，所述飞艇本体包括骨架和设于骨架外侧的蒙皮，所述外层蒙皮围成球形结构，所述骨架在蒙皮中心处形成安装座，所述动力及发电装置设于安装座内并且所述发动装置能够带动涵道风扇转动，所述涵道风扇的进气口处设置能够接收或断开动力及发电装置动力的自动启闭开关，所述动力及发电装置为航空发动机；所述涵道风扇设置有多组并且每组涵道风扇均设于蒙皮内，所述外蒙皮对应涵道风扇的位置处开设有出气口，多组所述涵道风扇沿着蒙皮的环形方向水平均匀布设；所述骨架的底部开设有安装槽，所述设备舱设于安装槽内并与骨架相连，所述设备舱内设有中控芯片、雷达及光学成像系统、武器系统，所述中控芯片与涵道风扇、动力及发电装置、雷达及光学成像系统、武器系统相连，所述骨架内设有与动力及发电装置相连的油箱。
优选地，所述蒙皮包括球形的内层蒙皮和球形的外层蒙皮，所述内层蒙皮与外层蒙皮之间形成球形的矢量通道，所述涵道风扇设于矢量通道内。
优选地，所述蒙皮在骨架中部设置水平设置的筒状结构，所述筒状结构在动力及发电装置的进气端形成与蒙皮外部连通的进气通道、在动力及发电装置的出气端形成与蒙皮外部连通的排气通道，并且所述进气通道和排气通道靠近蒙皮外部的一端均为倒锥形结构。
优选地，所述排气通道为折叠型通道。
优选地，所述油箱与排气通道之间设有回热装置，所述回热装置包括回热管道，所述回热管道与油箱连通，所述回热装置套设于回热通道上并且燃油能够与回热通道的外表面相贴。
优选地，所述出气通道靠近蒙皮的一端设置有自动调节板，所述自动调节板与中控芯片相连并且自动调节板能够在中控芯片的控制下打开与关闭，所述中控芯片打开时与矢量通道连通。
优选地，所述自动启闭开关包括可变记忆合金和柔性材料，所述可变记忆合金通过柔性材料与蒙皮相连，所述可变记忆合金与中控芯片电连接。
优选地，所述动力及发电装置连接有储能电池。
优选地，所述蒙皮外表面设有太阳能发电系统，所述太阳能发电系统包括太阳能薄膜电池、可再生燃料电池和能源管理系统，所述可再生燃料电池用于对太阳辐照能量进行转换，所述能源管理系统能够控制再生燃料电池向储能电池充电。
本申请的一种无人浮空飞艇，包括飞艇本体、动力及发电装置、涵道风扇和设备舱，飞艇本体包括骨架和蒙皮，动力及发电装置为航空发动机，工作时给飞艇本体提供机动运动的能量，并且航空发动机上自带有发电机，具有功率转换功能能够转换为电能；涵道风扇设置有多组并且每组涵道风扇均设于蒙皮内，设备舱与骨架相连，设备舱内设有中控芯片、雷达及光学成像系统、武器系统；雷达及光学成像系统用于对目标进行监视并实时获取目标信息，并将获取的信息发送至中控芯片；飞艇在起飞时，由航空发动机排出的高温尾气使飞艇内充满热气，进行浮空，无人浮空飞艇在工作时浮空在平流层，而后通过雷达及光学成像系统对目标点进行侦察、监视、预警等功能，也即是同时具备了预警机和卫星的功能，并且相对于卫星距离地面更近，能够获得目标点更为清晰的图像。
附图说明
为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
图1为本申请整体结构示意图。
1、飞艇本体；2、航空发动机；3、进气通道；4、排气通道；5、涵道风扇；6、太阳能发电系统；7、油箱；8、设备舱；9、矢量通道；10、中控芯片。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
一种无人浮空飞艇，包括飞艇本体1、动力及发电装置、涵道风扇5和设备舱8。飞艇本体1包括骨架和蒙皮，蒙皮作为飞艇的气囊，具有高强度的耐日照老化、耐高温、耐严寒、耐腐蚀、防强紫外线照射的性能，蒙皮选用高强度、低密度、密封性能好、耐冲击性和无线电穿透性好的材料制作，如硬铝、超硬铝、不锈钢蒙皮等，通过胶接剂将蒙皮连接处进行粘接密封，耐冲击性和无线电穿透性好的蒙皮适用于军事用途。
骨架采用金属材料制作，如钛铝等，并且骨架之间通过弹簧连接，以满足飞艇的变形需求，骨架围成与蒙皮适配的球形结构并与蒙皮相连，骨架作为飞艇主要的外形支撑。
骨架在蒙皮中心处形成安装座，动力及发电装置设于安装座内并且动力及发电装置与涵道风扇5电连接。
动力及发电装置为航空发动机2，工作时给飞艇本体1提供机动运动的能量，并且航空发动机2上自带有发电机，具有功率转换功能以能够将动力转换为电能，该功能为航空发动机2的常规功能，在此不再赘述。动力及发电装置使飞艇在常规监视、侦察、信息中继等常规能力基础上，获得新的机动、打击能力，是实现飞机战斗力的保证。骨架内设有与航空发动机2的油箱7，主要给航空发动机2提供能源，保证发动机运转。携带高能量密度、且在高空低温环境下能够稳定可靠工作的燃料，同时为了降低发电装置的排气温度，燃料还需要具有较高热沉，在换热吸热过程中不易发生结焦等问题。
航空发动机2工作时吸取外部空气，排出高温尾气至涵道风扇5处，并且在自动启闭开关打开时，涵道风扇5在高温尾气的带动下进行工作，实现飞艇的移动和滚转；自动启闭开关关闭时，涵道风扇5不工作。
涵道风扇5设置有多组并且每组涵道风扇5均设于蒙皮内，外蒙皮对应涵道风扇5的位置处开设有出气口，多组涵道风扇5分别设于飞艇本体1的顶部、中上部和中下部，其中顶部的涵道风扇5仅有一组，其工作时带动飞艇本体1进行升降；中上部和中下部的涵道风扇5均有多组并沿着蒙皮的环形方向水平均匀布设，中上部和中下部的涵道风扇5工作时用于飞艇本体1的移动和滚转；当涵道风扇5不工作、动力及发电装置工作时，用于飞艇本体1的水平移动。
骨架的底部开设有安装槽，设备舱8设于安装槽内并与骨架相连，设备舱8内设有中控芯片10、雷达及光学成像系统、武器系统，中控芯片10内部设置综合信息处理与智能控制系统，中控芯片10与涵道风扇5、动力及发电装置、雷达及光学成像系统、武器系统相连，配备有高度智能化的电子综合控制系统可以进行监视侦察数据的处理与融合；对采用的发电装置、燃料电池等进行综合的能源管理与控制；对布置在外层涵道风扇5进行综合开关控制，实现矢量和姿态保持控制，同时进行发动机排气引入环形通道的一体化控制。
雷达及光学成像系统用于对目标进行监视并实时获取目标信息，并将获取的信息发送至中控芯片10；武器系统由中控芯片10控制，在接到命令时对指定目标区域进行攻击，雷达及光学成像系统、武器系统和中控芯片10由动力及发电装置进行供电。
飞艇在起飞时，由航空发动机2排出的高温尾气使飞艇内充满热气，进行浮空，浮空至平流层，高度在10公里至50公里之间，高度通过中控芯片10对航空发动机2进行控制以调整。
无人浮空飞艇在工作时浮空在平流层，而后通过雷达及光学成像系统对目标点进行侦察、监视、预警等功能，也即是同时具备了预警机和卫星的功能，并且相对于卫星距离地面更近，能够获得目标点更为清晰的图像。
优选地，蒙皮包括球形的内层蒙皮和球形的外层蒙皮，内层蒙皮与外层蒙皮之间形成球形的矢量通道9，涵道风扇5设于矢量通道9内。航空发动机2工作时将高温尾气排入至矢量通道9内，而后中控芯片10根据需求控制所需的涵道风扇5上的自动启闭开关打开，对应的涵道风扇5工作以到达所需的飞行姿态，将其它的自动启闭开关关闭，工作稳定。
优选地，蒙皮在骨架中部设置水平设置的筒状结构，该筒状结构的横截面可以为圆形、方形等常规结构，筒状结构在动力及发电装置的进气端形成与蒙皮外部连通的进气通道3、在动力及发电装置的出气端形成与蒙皮外部连通的排气通道4，并且进气通道3和排气通道4靠近蒙皮外部的一端均为倒锥形结构。动力及发电装置的航空发动机2由进气通道3进气，平流层的空气输送至航空发动机2内，无需携带氧化剂；排气通道4用于接收航空发动机2的排出尾气，并且排气通道4靠近蒙皮的一端打开时，飞艇将尾气从排气通道4排出，能够对飞艇的水平运动提供动力。
优选地，排气通道4为折叠型通道，在水平方向上呈现波浪形，排气通道4设置为折叠型通道使得航空发动机2在排气时的路径增加，这样尾气与飞艇内部的热交换面积增大。
优选地，油箱7与排气通道4之间设有回热装置，回热装置包括回热管道，回热管道与油箱7连通，回热装置套设于回热通道上并且燃油能够与回热通道的外表面相贴。回热装置将油箱7内的低温燃油与航空发动机2的尾气进行热交换，从而降低航空发动机2排出气体的温度，使得排出气体的温度处在适于飞艇利用的范围内。
优选地，出气通道靠近蒙皮的一端设置有自动调节板，自动调节板与中控芯片10相连并且自动调节板能够在中控芯片10的控制下打开与关闭，中控芯片10打开时与矢量通道9连通。自动调节板可以由电机、作动筒等动力控制，通过设置自动调节板，在自动调节板关闭时航空发动机2向矢量通道9内进行排气，供涵道风扇5工作；在自动调节板打开时航空发动机2的尾气由排气通道4水平喷出，实现飞艇的水平移动。
优选地，自动启闭开关包括可变记忆合金和柔性材料，可变记忆合金通过柔性材料与蒙皮相连，可变记忆合金与中控芯片10电连接。可变记忆合金在电压的控制下发生变形，从而实现自动启闭开关的自动打开与关闭，配合折叠型通道，有利用飞艇从地面至空中的逐渐膨胀。
优选地，航空发动机2连接有储能电池，储能电池能够在飞艇的功率富裕时对电能进行存储，在武器系统工作时将电能输出，并且在发生意外情况时能够保证有效的电能供应。
优选地，蒙皮外表面设有太阳能发电系统6，太阳能发电系统6包括太阳能薄膜电池、可再生燃料电池和能源管理系统，可再生燃料电池用于对太阳辐照能量进行转换，能源管理系统能够控制再生燃料电池向储能电池充电。飞艇上携带有供可再生燃料电池利用的燃料，在太阳能充足时利用太阳能发电系统6进行发电，在太阳能不充足时利用可再生燃料电池进行发电，对飞艇和有效载荷提供功率；能源管理系统对太阳能薄膜电池和可再生燃料电池产出的电能进行管理，在功率富裕时，再为储能电池进行充电，满足炮艇在夜晚无能量产生状态下的功率需求，实现持续工作，达到能源系统的平衡。
优选地，雷达及光学成像系统利用艇结构设计雷达，使纯粹的雷达重量大幅度减少，从而降低艇的总起飞重量，或者采用柔性材料设计雷达阵面，进一步降低天线的单位面积重量；同时可以考虑通过将阵列划分为子阵的方式实现同时多功能；并且可以采用增大孔径实现雷达性能的提升，大孔径天线还能获得更高的增益，并因波束更窄而能够获得更高的分辨力。
武器系统可以采用激光发射装置，具有具有轻重量、高功率输出、高转换效率、体积小、光束质量好、破坏力强等特点，同时为适应动态作战环境，具备高精度随动跟踪能力，能够精确捕获、跟踪目标，引导光束瞄准射击，并判断毁伤效果。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种无人浮空飞艇，其特征在于：包括飞艇本体(1)、动力及发电装置、涵道风扇(5)和设备舱(8)，所述飞艇本体(1)包括骨架和设于骨架外侧的蒙皮，所述蒙皮围成球形结构，所述骨架在蒙皮中心处形成安装座，所述动力及发电装置设于安装座内并且所述动力及发电装置能够带动涵道风扇(5)转动，所述涵道风扇(5)的进气口处设置能够接收或断开动力及发电装置动力的自动启闭开关，所述动力及发电装置为航空发动机(2)；
所述涵道风扇(5)设置有多组并且每组涵道风扇(5)均设于蒙皮内，所述蒙皮对应涵道风扇(5)的位置处开设有出气口，多组所述涵道风扇(5)沿着蒙皮的环形方向水平均匀布设；
所述骨架的底部开设有安装槽，所述设备舱(8)设于安装槽内并与骨架相连，所述设备舱(8)内设有中控芯片(10)、雷达及光学成像系统、武器系统，所述中控芯片(10)与涵道风扇(5)、动力及发电装置、雷达及光学成像系统、武器系统相连，所述骨架内设有与动力及发电装置相连的油箱(7)。
2.如权利要求1所述的无人浮空飞艇，其特征在于：所述蒙皮包括球形的内层蒙皮和球形的外层蒙皮，所述内层蒙皮与外层蒙皮之间形成球形的矢量通道(9)，所述涵道风扇(5)设于矢量通道(9)内。
3.如权利要求2所述的无人浮空飞艇，其特征在于：所述蒙皮在骨架中部设置水平设置的筒状结构，所述筒状结构在动力及发电装置的进气端形成与蒙皮外部连通的进气通道(3)、在动力及发电装置的出气端形成与蒙皮外部连通的排气通道(4)，并且所述进气通道(3)和排气通道(4)靠近蒙皮外部的一端均为倒锥形结构。
4.如权利要求3所述的无人浮空飞艇，其特征在于：所述排气通道(4)为折叠型通道。
5.如权利要求4所述的无人浮空飞艇，其特征在于：所述油箱(7)与排气通道(4)之间设有回热装置，所述回热装置包括回热管道，所述回热管道与油箱(7)连通，所述回热装置套设于回热通道上并且燃油能够与回热通道的外表面相贴。
6.如权利要求3所述的无人浮空飞艇，其特征在于：所述排气通道(4)靠近蒙皮的一端设置有自动调节板，所述自动调节板与中控芯片(10)相连并且自动调节板能够在中控芯片(10)的控制下打开与关闭，所述中控芯片(10)控制自动调节板打开时排气通道(4)与矢量通道(9)连通。
7.如权利要求1所述的无人浮空飞艇，其特征在于：所述自动启闭开关包括可变记忆合金和柔性材料，所述可变记忆合金通过柔性材料与蒙皮相连，所述可变记忆合金与中控芯片(10)电连接。
8.如权利要求1所述的无人浮空飞艇，其特征在于：所述动力及发电装置连接有储能电池。
9.如权利要求8所述的无人浮空飞艇，其特征在于：所述蒙皮外表面设有太阳能发电系统(6)，所述太阳能发电系统(6)包括太阳能薄膜电池、可再生燃料电池和能源管理系统，所述可再生燃料电池用于对太阳辐照能量进行转换，所述能源管理系统能够控制再生燃料电池向储能电池充电。
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