CN114313206A - 一种平流层飞艇以及升空与回收速度控制方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种平流层飞艇，所述飞艇包括：主气囊，用于存储浮升气体；副气囊，与所述主气囊之间设置有软体材料，所述副气囊用于存储空气；相变气囊，分别与所述主气囊和副气囊之间设置有软体材料，所述相变气囊用于存储氨气；其中，所述软体材料用于隔离所述主气囊、副气囊和相变气囊；低压存放容器，设置在所述相变气囊的正下方，用于存储所述氨气发生相变后生成的液态氨或固态氨；同时，本申请还提供了一种平流层飞艇升空与回收速度控制方法。
Description
技术领域
本申请属于平流层飞艇控制技术领域，尤其涉及一种平流层飞艇以及升空与回收速度控制方法。
背景技术
平流层飞艇的升空回收技术目前尚未完全实现自主可控，尤其在定点着陆方面。平流层飞艇回收时，一般采用释放氦气、增压空气、抛掉附加氦气囊或压缩可变外形等方式改变飞艇浮重平衡状态，使得重力大于浮力，但随着时间的推移，飞艇的下降速度不断增加，导致低空减速或着陆难度增加。
目前，解决方案主要有降低初始下降速度、低空释放配重、低空排出空气、低空采用竖直矢量推力、低空对接等方案，但尚未得到有效验证，未见无损返回地面的平流层飞艇报道。
升空方面，需要控制升空速度，即要保证囊体材料不破损，又要保证升空时间尽量短，一般采用抛撒配重法。
发明内容
为了解决上述技术问题，第一方面，本申请提供了一种平流层飞艇，所述飞艇包括：
主气囊，用于存储浮升气体；
副气囊，与所述主气囊之间设置有软体材料，所述副气囊用于存储空气；
相变气囊，分别与所述主气囊和副气囊之间设置有软体材料，所述相变气囊用于存储氨气；其中，所述软体材料用于隔离所述主气囊、副气囊和相变气囊；
低压存放容器，设置在所述相变气囊的正下方，用于存储所述氨气发生相变后生成的液态氨或固态氨。
优选地，所述浮升气体包括氦气和氢气。
优选地，所述飞艇还包括：
风机，设置在所述副气囊上，用于调节飞艇内部气囊压差。
优选地，所述飞艇还包括：
气体释放装置，设置在所述主气囊上，用于释放所述主气囊内存储的浮升气体。
优选地，所述飞艇还包括：
压力传感器，设置在所述主气囊、副气囊和相变气囊内，用于检测气囊压力。
优选地，所述飞艇还包括：
通气阀，设置在所述相变气囊与所述低压存放容器之间，用于连接所述相变气囊与所述低压存放容器。
优选地，所述飞艇还包括：
压缩机，设置在所述相变气囊与所述低压存放容器之间，用于压缩所述相变气囊中的氨气。
第二方面，本申请提供了一种平流层飞艇升空与回收速度控制方法，所述方法包括：
在飞艇升空时，压缩机工作将相变气囊内的氨气逐渐变为液态氨并存储在低压存放容器内，不再产生浮力，使得飞艇浮力降低；
在飞艇回收时，随着高度的降低，使低压存放容器内的液态氨逐步相变为氨气，产生一定浮力，使得飞艇缓慢下降，并配合飞艇动力系统降落至指定地点。
本申请的有益技术效果：
本申请不用额外向外抛撒配重，可根据预先充入氨气的量，规划飞艇的减速情况。平流层飞艇升空过程时间短，囊体完好；降落过程易着陆，损毁概率小；降低了平均单次使用成本。
附图说明
图1是本申请实施例提供的一种飞艇处于地面状态的示意图；
图2是本申请实施例提供的一种飞艇处于预定高度状态的示意图；
其中，1-主气囊、2-副气囊、3-相变气囊、4-低压存放容器、5-风机、6-气体释放装置、7-压力传感器、8-通气阀、9-压缩机。
具体实施方式
需要说明的是，本申请在保证平流层飞艇升空/回收过程无损情况下，保证升空及回收过程可控，为平流层飞艇的重复使用提供技术保障。
为解决平流层飞艇可控升空回收问题，本申请提出一种平流层飞艇升空及回收速度控制方法，主要利用氨气易于相变的特点实现飞艇在不同高度产生预定的浮力和重力的差值，进而使得升空/回收速度可控。
需要说明的是，氨气密度为0.771g/L，低于空气密度，可作为浮升气体，其液化温度为-33.5℃，1Mpa压力下，26℃即可液化。
在本申请实施例中，飞艇升空时，浮升气体主要有氦气、氨气，随着高度的升高，压缩机工作将氨气逐渐变为液态，不再产生浮力，使得飞艇浮力降低，保证上升速度不至于过快。飞艇回收时，释放少量氦气，使得飞艇重量大于浮力，随着高度的降低，使液态氨气逐步相变为气态氨气，产生一定浮力，使得飞艇不至于下降过快，最后可配合飞艇动力系统降落至指定地点。
在本申请实施例中，请参阅图1-2，本申请提供的一种平流层飞艇包括：主气囊1、副气囊2、相变气囊3、低压存放容器4、风机5、气体释放装置6、压力传感器7、通气阀8、压缩机9。
其中，主气囊1用于存储浮升气体(例如氦气、或者氢气)；副气囊2位于飞艇下部前后共2处，与主气囊1及相变气囊(3)通过软体材料相隔，用于存储空气；相变气囊3位于飞艇底部，与主气囊和副气囊通过软体材料相隔，用于存储氨气；低压存放容器4位于相变气囊3正下方，用于存储相变气囊3中氨气发生相变后生成的液态或者固态氨。
其中，风机5安装在副气囊上，用于调节飞艇内部气囊压差；气体释放装置6，用于主气囊的气体释放；压力传感器7位于各气囊内，用于探测各气囊压力；通气阀8连接相变气囊3与低压存放容器4，用于氨气释放到相变气囊3中；压缩机9位于相变气囊3与低压存放容器4之间，用于压缩相变气囊3中的氨气，储存在低压存放容器4中。
在一种可行的实现方式中，升空前，向各气囊充入相应的浮升气体，其中主气囊1根据飞艇预期停留高度充入定量气体，相变气囊3预留一定膨胀空间，副气囊2充满空气；总体上使得飞艇浮力大于重力。
在一种可行的实现方式中，升空前期，随着高度的不断升高，气体不断膨胀，打开风机5，根据主气囊1内的压力传感器7数据不断排出副气囊2内空气，保证飞艇内部压力不至于过高。
其中，当升空到一定高度时，压缩机9工作，将相变气囊3内部氨气液化为液态氨，存储于低压存放容器4中，使得飞艇浮力降低，减慢飞艇的上升速度；此时，相变气囊3急剧缩小，开启风机5，根据主气囊1内的压力传感器7数据向副气囊2内充入空气，保证飞艇内部压力不至于过低。
其中，在升空后期，主气囊1内气体不断膨胀，相变气囊3几乎无气体，打开风机5，根据主气囊1内的压力传感器7数据不断排出副气囊2内空气，保证飞艇内部压力不至于过高。若飞艇抵达目标高度时，副气囊2已排空，压力仍然过高，则打开气体释放装置6，保证主气囊1压力在安全范围内。
其中，回收时，打开气体释放装置6，使得飞艇浮力小于重力，随着高度的降低，气体体积不断收缩，开启风机5，根据主气囊1内的压力传感器7数据向副气囊2内充入空气，保证飞艇内部压力不至于过低。
其中，当降低到一定高度时(对流层高度)，温度高于-33.5℃，通气阀8打开，低压存放容器4中的氨变为气态，充入相变气囊3中，导致飞艇浮力增加，使飞艇处于微重状态，下降速度降低；此时，相变气囊3急剧膨胀，打开风机5，根据主气囊1内的压力传感器7数据不断排出副气囊2内空气，保证飞艇内部压力不至于过高。
最后，依靠微重或动力推进装置降落至地面。
本申请不用额外向外抛撒配重，可根据预先充入氨气的量，规划飞艇的减速情况。
同时，平流层飞艇升空过程时间短，囊体完好；降落过程易着陆，损毁概率小；降低了平均单次使用成本。
Claims (8)
1.一种平流层飞艇，其特征在于，所述飞艇包括：
主气囊，用于存储浮升气体；
副气囊，与所述主气囊之间设置有软体材料，所述副气囊用于存储空气；
相变气囊，分别与所述主气囊和副气囊之间设置有软体材料，所述相变气囊用于存储氨气；其中，所述软体材料用于隔离所述主气囊、副气囊和相变气囊；
低压存放容器，设置在所述相变气囊的正下方，用于存储所述氨气发生相变后生成的液态氨或固态氨。
2.根据权利要求1所述的平流层飞艇，其特征在于，所述浮升气体包括氦气和氢气。
3.根据权利要求1所述的平流层飞艇，其特征在于，所述飞艇还包括：
风机，设置在所述副气囊上，用于调节飞艇内部气囊压差。
4.根据权利要求3所述的平流层飞艇，其特征在于，所述飞艇还包括：
气体释放装置，设置在所述主气囊上，用于释放所述主气囊内存储的浮升气体。
5.根据权利要求4所述的平流层飞艇，其特征在于，所述飞艇还包括：
压力传感器，设置在所述主气囊、副气囊和相变气囊内，用于检测气囊压力。
6.根据权利要求6所述的平流层飞艇，其特征在于，所述飞艇还包括：
通气阀，设置在所述相变气囊与所述低压存放容器之间，用于连接所述相变气囊与所述低压存放容器。
7.根据权利要求6所述的平流层飞艇，其特征在于，所述飞艇还包括：
压缩机，设置在所述相变气囊与所述低压存放容器之间，用于压缩所述相变气囊中的氨气。
8.一种平流层飞艇升空与回收速度控制方法，其特征在于，所述方法包括：
在飞艇升空时，压缩机工作将相变气囊内的氨气逐渐变为液态氨并存储在低压存放容器内，不再产生浮力，使得飞艇浮力降低；
在飞艇回收时，随着高度的降低，使低压存放容器内的液态氨逐步相变为氨气，产生一定浮力，使得飞艇缓慢下降，并配合飞艇动力系统降落至指定地点。
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| CN (1) | CN114313206A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN115367090A (zh) * | 2022-08-26 | 2022-11-22 | 中国科学院理化技术研究所 | 用于浮空器的相变工质、浮空器浮力调控系统和调控方法 |
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2021
- 2021-12-23 CN CN202111593894.6A patent/CN114313206A/zh active Pending
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