CN114348232B - 一种浮空器压力调节方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的一个实施例公开了一种浮空器压力调节方法，包括以下步骤：S10：设计具备气柱支撑结构的浮空器；S30：在浮升一体飞行任务中，通过气压调节装置调节气柱支撑结构与碟形主囊体、碟形主囊体与大气环境的气体交换来保持浮空器内外压力的平衡。本发明通过囊体已有结构进行压力调节，减少占主囊体三分之一的副气囊，有效提高了主囊体的体积利用率，大大减少了调节机构所占重量，降低浮空器呆重，提高载重能力，不占用多余电能，可以大大降低原有副气囊调节方式的电能消耗，增大续航时间。
Description
技术领域
本发明涉及平流层浮空器领域。更具体地，涉及一种浮空器压力调节方法。
背景技术
传统浮空器主要采用浮力升空和驻空，随着海拔高度的提升，大气逐渐稀薄，为平衡重力，在临近空间驻空时，传统浮空器须不断增加体积，随之带来较大的呆重，承载能力较低。面对不同海拔高度的大气对流产生的自然风载，其抗风能力弱，无法实现长期定点驻空，极大地影响了其使用性能。传统浮空器长期驻空，需要适应随高度变化的大气环境、昼夜温差引起的囊体内压力变化，目前工程常用的方法均为使用采用电驱动器的副气囊，在外界大气压大于囊内气压时，副气囊吸入外界大气，在外界大气压小于囊内气压时，副气囊将囊内气体排向外界大气。但此方法会增加浮空器体积，且电驱动器等装置会增大浮空器呆重、增大有限电能的消耗，降低浮空器载重能力和使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种浮空器压力调节方法，以解决浮空器驻空时间短、长期驻空适应大气环境难、承载能力低的问题。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
本发明提供了一种浮空器压力调节方法，包括以下步骤：
S10：设计具备气柱支撑结构的浮空器；
S30：在浮升一体飞行任务中，通过气压调节装置调节气柱支撑结构与碟形主囊体、碟形主囊体与大气环境的气体交换来保持浮空器内外压力的平衡。
在一个具体示例中，所述气柱支撑结构设置于所述碟形主囊体内部，通过所述气压调节装置向碟形主囊体不断充入气体使得所述浮空器处于上升状态。
在一个具体示例中，所述步骤S10包括：
S101：建立浮空器浮升一体飞行任务过程中的热辐射模型、浮空器的气动模型和飞行力学模型，开展所述气柱支撑结构在浮升一体飞行任务过程中的受力分析；
S103：根据所述气柱支撑结构在浮升一体飞行任务过程中的受力分析结果，进行碟形主囊体材料的应力试验，选取符合需求的材料，并开展所述气压调节装置的设计；
S105：根据所述设计结果，完成缩比碟形主囊体的地面试验。
在一个具体示例中，所述气柱支撑结构还用于维持所述浮空器在上升过程中碟形的形状。
在一个具体示例中，所述步骤S103还包括：
根据所述气柱支撑结构在浮升一体飞行任务过程中的受力分析结果，增大所述气柱支撑结构的承受极限和调节极限，使得所述碟形主囊体具备在浮升一体飞行任务中调节压力的能力。
在一个具体示例中，所述步骤S103还包括：
根据所述气柱支撑结构在浮升一体飞行任务过程中的受力分析结果，设计所述气压调节装置阀门的大小，使得在浮升一体飞行任务过程中不同阶段通过所述气压调节装置的气体流量能够使得所述浮空器保持压力平衡。
在一个具体示例中，所述步骤S30包括：
在浮升一体飞行任务中，当外界大气压小于碟形主囊体内气压时，通过气压调节装置将碟形主囊体内部气体排向外界大气来保持浮空器内外压力平衡；
当外界大气压大于碟形主囊体内气压时，通过增大气柱支撑结构充入所述碟形主囊体的气体量来保持浮空器内外压力平衡。
在一个具体示例中，所述气体为氦气。
本发明的有益效果如下：
本发明通过主囊体已有结构进行压力调节，减少占主囊体三分之一的副气囊，有效提高了主囊体的体积利用率，大大减少了调节机构所占重量，降低浮空器呆重，提高载重能力，不占用多余电能，可以大大降低原有副气囊调节方式的电能消耗，增大续航时间；不影响浮升结合的飞行，保证浮空器巡航范围和使用任务；压力调节的同时，可保证驻空期间碟形囊体的气动外形，保持浮升一体浮空器的设计优势；不会受到副气囊压力调节装置的调节速度限制，可依据飞行任务、大气环境进行实时调节，满足飞行需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出本发明一种浮空器压力调节方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明实施例解决了碟形浮空器驻空时间短、长期驻空适应大气环境难和承载能力低的问题，从碟形囊体自身结构和浮升一体飞行角度出发，涉及热力学、结构动力学、气动力学、大气环境等多学科内容，建立了具备气柱支撑结构的碟形浮空器压力实时调节方法，有效提高了主囊体的体积利用率、提高载重能力、增大续航时间、保证浮空器巡航范围和使用任务、保持浮升一体浮空器的设计优势、实时调节满足飞行需求，本发明实施例已通过地面飞行实验验证其有效性。
本发明一个实施例提供了一种浮空器的压力调节方法，如图1所示，包括以下步骤：
S10：设计具备气柱支撑结构的浮空器；
S30：在浮升一体飞行任务中，通过气压调节装置调节气柱支撑结构与碟形主囊体、碟形主囊体与大气环境的气体交换来保持浮空器内外压力的平衡。
具体地，通过不断调节飞行高度和位置，保持囊体内外压差平衡，减少了占主囊体三分之一的副气囊，从根源上降低呆重，有效提高了主囊体的体积利用率。
在一个具体实施例中，所述气柱支撑结构设置于所述碟形主囊体内部，通过所述气压调节装置向碟形主囊体不断充入气体使得所述浮空器处于上升状态，不影响浮升结合的飞行，保证浮空器巡航范围和使用任务。
在一个具体实施例中，所述步骤S10包括：
S101：建立浮空器浮升一体飞行任务过程中的热辐射模型、浮空器的气动模型和飞行力学模型，开展所述气柱支撑结构在浮升一体飞行任务过程中的受力分析；
S103：根据所述气柱支撑结构在浮升一体飞行任务过程中的受力分析结果，进行碟形主囊体材料的应力试验，选取符合需求的材料，并开展所述气压调节装置的设计；
S105：根据所述设计结果，完成缩比碟形主囊体的地面试验，验证所述气压调节装置设计的正确性，进而明确了所述压力调节方法的有效性。
在一个具体实施例中，所述气柱支撑结构还用于维持所述浮空器在上升过程中碟形的形状，保证了碟形浮空器的升阻比，保持了浮升一体浮空器的设计优势。
在一个具体实施例中，所述步骤S103还包括：
根据所述气柱支撑结构在浮升一体飞行任务过程中的受力分析结果，增大所述气柱支撑结构的承受极限和调节极限，使得所述碟形主囊体具备在浮升一体飞行任务中调节压力的能力。
在一个具体实施例中，所述步骤S103还包括：
根据所述气柱支撑结构在浮升一体飞行任务过程中的受力分析结果，设计所述气压调节装置阀门的大小，使得在浮升一体飞行任务过程中不同阶段通过所述气压调节装置的气体流量能够使得所述浮空器保持压力平衡。
在一个具体实施例中，所述步骤S30包括：
在浮升一体飞行任务中，当外界大气压小于碟形主囊体内气压时，通过气压调节装置将碟形主囊体内部气体排向外界大气来保持浮空器内外压力平衡；
当外界大气压大于碟形主囊体内气压时，通过增大气柱支撑结构充入所述碟形主囊体的气体量来保持浮空器内外压力平衡。
在一个具体实施例中，所述气体为氦气，也可以是氢气。
本发明所述压力调节方法不会收到副气囊压力调节装置的调节速度限制，可根据飞行任务、大气环境进行实时调节，满足飞行需求。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (4)
1.一种浮空器压力调节方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10：设计具备气柱支撑结构的浮空器；
S30：在浮升一体飞行任务中，通过气压调节装置调节气柱支撑结构与碟形主囊体、碟形主囊体与大气环境的气体交换来保持浮空器内外压力的平衡；
所述气柱支撑结构设置于所述碟形主囊体内部，通过所述气压调节装置向碟形主囊体不断充入气体使得所述浮空器处于上升状态；
所述步骤S30包括：
在浮升一体飞行任务中，当外界大气压小于碟形主囊体内气压时，通过气压调节装置将碟形主囊体内部气体排向外界大气来保持浮空器内外压力平衡；
当外界大气压大于碟形主囊体内气压时，通过增大气柱支撑结构充入所述碟形主囊体的气体量来保持浮空器内外压力平衡；
所述步骤S10包括：
S101：建立浮空器浮升一体飞行任务过程中的热辐射模型、浮空器的气动模型和飞行力学模型，开展所述气柱支撑结构在浮升一体飞行任务过程中的受力分析；
S103：根据所述气柱支撑结构在浮升一体飞行任务过程中的受力分析结果，进行碟形主囊体材料的应力试验，选取符合需求的材料，并开展所述气压调节装置的设计；
S105：根据设计结果，完成缩比碟形主囊体的地面试验；
所述步骤S103还包括：
根据所述气柱支撑结构在浮升一体飞行任务过程中的受力分析结果，设计所述气压调节装置阀门的大小，使得在浮升一体飞行任务过程中不同阶段通过所述气压调节装置的气体流量能够使得所述浮空器保持压力平衡。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气柱支撑结构还用于维持所述浮空器在上升过程中碟形的形状。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S103还包括：
根据所述气柱支撑结构在浮升一体飞行任务过程中的受力分析结果，增大所述气柱支撑结构的承受极限和调节极限，使得所述碟形主囊体具备在浮升一体飞行任务中调节压力的能力。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气体为氦气。
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