CN1911732A - 变体式空天飞艇 - Google Patents

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Abstract

一种变体式空天飞艇，主要由艇体(1)，设备舱(2)，滑撬(3)，主推进器(4)和尾推进器(5)组成，其中，艇体(1)由分段的硬式蒙皮(14)，桁条(12)，桁梁(13)和可折叠式隔框(11)组成。艇体(1)结构的变体是通过可折叠式隔框(11)上的伸缩支杆(112)和定长支杆(113)协调动作之后使艇体(1)剖面形状改变，从而达到艇容积的改变。在艇体(1)的下部装设有设备舱(2)，滑撬(3)和主推进器(4)，在其尾部有十字型尾翼和尾推进器(5)，艇体(1)的上部设置有太阳能电池板。本发明最小容积和最大容积的容积变化约为6－8倍，可实现在空天高度范围内任意高度上悬停巡航，操纵自如，机动灵活地执行军事和民用的任务。本发明是将飞艇的特点与飞机的特点结合起来提出的全新概念的空天飞艇。

Description

变体式空天飞艇
技术领域
本发明涉及一种飞艇，尤指该飞艇采用了分段式硬蒙皮与纵向桁条软式铰接，其横向隔框为不同周长可折叠的结构形式，可实现艇体的容积按需要随意改变，致使飞艇能在地面与高空完成执行长航时的悬停和巡航的任务，这是将飞机与飞艇各自特点结合起来，采用变体式结构，新的能源，综合推进和地面操纵系统的一种全新概念的空天飞艇。
背景技术
飞机的升空是借助于机翼与气流的相对运动而产生的升力，而飞艇是利用艇体充满小于空气比重的气体，利用浮力而升空。这两类航空器在飞行器的发展史上都起到了重大的贡献。随着各领域科学技术的发展推动了飞机和飞艇向各自优势的方向发展。对于飞艇来说它可以随意在空中任何高度上长时间停留，消耗能量较少，可方便地采用新的能源手段，解决长时间留空问题和满足现代设备运行时的能源的消耗，它可较易实现浮空平台的作用，诸如：空中巡逻，勘测，搜索救生，空中摄影，空中通讯，空中预警，空中监测，轨道空间外层的停留，实现地面—空间站—轨道之间的往返，实现空天的新型运送方案，为人类往返空天提供一安全的飞行方式。但是我们没有忘记解决它的艇体体积大，飞行速度较低，平衡稳定操纵比较困难的缺点。
最近国际上正在设计和试验军用巨型飞艇，它具有较高的升空能力，货物运输能力，长时间飞行能力，由地面遥控操纵完成高空侦察，勘测，高空通讯中继站，集卫星和侦察机的功能于一身。作为步入空间计划的第一步。还有的公司正在开展高空飞艇漂浮平台和高空轨道飞艇的研制工作。
例如：国际上有的飞艇研究设计公司，提出一种平流层太阳能飞艇概念，这种概念设计有望成为卫星的一种高效费比替代品用于执行侦察和通信等任务。太阳能飞艇白天靠太阳能电池供电，夜间靠再生式燃料电池供电，据估算可连续工作三年，这相当于大多数近地轨道卫星工作寿命的三分之二。但是飞艇与卫星不同的是飞艇靠浮力升空，不需要代价昂贵而又充满危险的火箭发射。
英国飞艇制造商也提出了“天猫”重型飞艇的概念，可用于运输和军事监控，可在地上，海上，冰上，沼泽地上着陆。
由我国自行研制的HJ-2000型载人飞艇已取得民航总局颁发的合格证，它主要用于空中广告，巡逻，航拍，环境监控等工作，据悉当前正在进行用于防暴反恐，空中巡逻特殊任务的HJ-5000型飞艇的设计工作。
总之，当前科学技术的急速发展和多年的技术积累与实践，客观上推动了飞艇的再度“出山”，也给飞艇的设计提供了发展的技术基础。虽然飞艇的优势很多，但我们不能回避它现存的一些缺陷，如高空悬停与低空悬停艇体容积相差很大，低空飞行速度很低，当前的软式飞艇采用太阳能能源有诸多不便，不能长时间留在高空等等。如果我们能够运用飞艇设计的新概念，新型的结构设计方法，采用新能源，综合推进和地面操纵系统等技术，设计出按需随时改变飞艇溶剂的变体式空天飞艇，将确是一种全新概念，提出这种类型结构概念设计技术方案，即可解决上述提到的当前飞艇存在的诸多缺陷。
发明内容
根据背景技术所述，本发明的目的在于提供一种变体式空天飞艇总体结构技术方案，飞艇总体采用分段式硬蒙皮，与纵向件桁条和纵向加强件软式铰接，其横向隔框和加强框为不同周长可折叠的结构形式，由横向隔框上的伸缩推拉杆操纵横向截面的形变，来实现艇体容积按需的变化，艇体中设置有氦气充放，再生燃料储存和控制装置，艇体尾部装设有十字型尾翼(垂直安定面，水平安定面和升降舵)，飞艇下部安置有设备舱和滑撬，艇体下部安装有主推进器，尾部装有尾推进器。
为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：一种变体式空天飞艇，主要由艇体(1)，设备舱(2)，滑撬(3)，主推进器(4)和尾推进器(5)组成，其中：艇体(1)的维形件是分段的硬式蒙皮(14)，纵向件是桁条(12)和桁梁(13)，其横向件是可折叠式隔框(11)，硬式蒙皮(14)沿纵向与桁条(12)软式铰接；可折叠式隔框(11)中心部位装设有隔框中心加强件(111)，其上装置有伸缩支杆(112)与A点的桁条(12)铰接，其上还装置有相互垂直的定长支杆(113)与B点的桁条(12)铰接；在艇体(1)内的中部装设有氦气储存充气装置(1 5)，并与艇体(1)内的隔框中心加强件(111)的结构相互组合在一起，在艇体(1)的外部下方装设有设备舱(2)，滑撬(3)和主推进器(4)，在其尾部装设有十字型尾翼(16)，其十字型尾翼由垂直安定面(161)，水平安定面(162)和升降舵(163)组成，其尾部还装设有尾推进器(5)，在艇体(1)的上部部分区域装设有太阳能电池板(17)。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下优点和效果：
1、本发明通过飞艇的变体控制系统和充气装置可实现空天飞艇的变体，致使艇体的容积随意改变，估计最小容积到最大容积约有6-8倍的容积变化，可实现在很高的高度执行任务，可随意在即定高度范围(例如：0公里-40公里)内任意高度上悬停执行任务。
2、本发明通过主推进器和尾部推进器较易实现空天飞艇的平衡稳定和操纵性。
3、本发明在艇体容积缩小时，其截面形状可变成翼截面形状，可使平飞速度加快成为可能。
4、本发明的长期使用可以降低能源的消耗，减低使用成本。
5、本发明结构简单，工作可靠，使用维护修理简易。
附图说明
图1A为本发明总体外观立体示意图
图1B为本发明总体变体立体示意图
图1C为本发明总体内部设置氦气储存充气装置立体示意图
图1D为本发明折叠式隔框折叠过程示意图
图1E为本发明图1BA-A段艇体变体立体示意图
图1F为本发明艇体体积最小，中等，最大时示意图
图1G为本发明艇体变体另一实施例示意图
具体实施方式
由图1A、图1B、图1C、图1D、图1E、图1F、图1G示出，一种变体式空天飞艇，主要由艇体1，设备舱2，滑撬3，主推进器4和尾推进器5组成，其中：艇体1的维形件是分段的硬式蒙皮14，纵向件是桁条12和桁梁13，其横向件是可折叠式隔框11，硬式蒙皮14沿纵向与桁条12软式铰接；可折叠式隔框11中心部位装设有隔框中心加强件111，其上装置有伸缩支杆112与A点的桁条12铰接，其上还装置有相互垂直的定长支杆113与B点的桁条12铰接；在艇体1内的中部装设有氦气储存充气装置15，并与艇体1内的隔框中心加强件111的结构相互组合在一起，在艇体1的外部下方装设有设备舱2，滑撬3和主推进器4，在其尾部装设有十字型尾翼16，其十字型尾翼由垂直安定面161，水平安定面162和升降舵163组成，其尾部还装设有尾推进器5，在艇体1的上部部分区域装设有太阳能电池板17。
另知，艇体1内置的氦气储存充气装置14用来配合艇体1容积变化时所需的氦气和氦气的压力以适应空天飞艇飞行高度变化时的需要，氦气储存和充放由自动控制系统设备来控制。
艇体1隔框中心加强板111与氦气储存充气装置15的结构组合在一起，每块隔框中心加强板111上的伸缩支杆112的伸缩动作，由自动控制系统设备准确协调一致按规律进行。
蒙皮14与桁条12采用柔性铰接，蒙皮14与可折叠式隔框11之间采用铰接。其结构内部应设置柔性密封件，以保障艇体1的密封。
初始状态的飞艇为最小容积状态，适于低空高速飞行，较好的机动性和抗风能力，可完成低速飞行器的工作任务，但成本相对低廉很多。
又知，空天飞艇动力源和机载设备能源采用氢燃料电池或辅以太阳能电池，在艇体1部分外表面装置太阳能电池板17。
主推进器4可产生X向的推力，用以提高艇速，也可产生相对Y轴的力矩，以迅速改变航向，还可产生Y向的推力以增加上升速度。尾推进器5可产生Y向推力控制俯仰，Z向左，右推力控制悬停时的航向，X向推力用于推进。
可知，估计空天飞艇的变体，从最小容积到最大容积约有6-8倍的容积变化，可实现在即定高度范围内(例如0-55公里高度)，任意高度上悬停执行工作任务。如果再解决了艇体1结构纵向件的伸缩功能，将会给空天飞艇的使用带来更多的光彩。
再知，如图1G示出变体结构方案的另一实施例，AO与CO为伸缩杆112与A点桁条12连接，BD为推拉杆114与B点桁条12连接，BD杆一端套装在CO杆上，可在CO杆上滑动，这种变体方案可连续变成图示F，G图的艇体1截面形状，可知F图的截面形状实为翼面的截面形状。
总之，在隔框中心加强件111上设置推拉杆，伸缩杆或推拉伸缩杆与折叠失隔框组合起来可得出多种不同艇体变体结构方案。支杆的伸缩或推拉的机械动作可采用蜗轮蜗杆，气动，液压和电动等方式来实现。
艇体1结构变体的概念也可用于改变潜水艇的结构设计，这种改变会成为历史上新一代潜水艇概念设计的技术方案。

Claims (2)

1、一种变体式空天飞艇，主要由艇体(1)，设备舱(2)，滑撬(3)，主推进器(4)和尾推进器(5)组成，其特征在于：艇体(1)的维形件是分段的硬式蒙皮(14)，纵向件是桁条(12)和桁梁(13)，其横向件是可折叠式隔框(11)，硬式蒙皮(14)沿纵向与桁条(12)软式铰接；可折叠式隔框(11)中心部位装设有隔框中心加强件(111)，其上装置有伸缩支杆(112)与A点的桁条(12)铰接，其上还装置有相互垂直的定长支杆(113)与B点的桁条(12)铰接；在艇体(1)内的中部装设有氦气储存充气装置(15)，并与艇体(1)内的隔框中心加强件(111)的结构相互组合在一起，在艇体(1)的外部下方装设有设备舱(2)，滑撬(3)和主推进器(4)，在其尾部装设有十字型尾翼(16)，其十字型尾翼由垂直安定面(161)，水平安定面(162)和升降舵(163)组成，其尾部还装设有尾推进器(5)，在艇体(1)的上部部分区域装设有太阳能电池板(17)。
2、根据权利要求1所述的变体式空天飞艇，其特征在于：在隔框中心加强件(111)上设置AO与CO伸缩杆(112)与A点桁条(12)连接，BD为推拉杆(114)与B点桁条(12)连接，BD杆一端与CO杆套装，可在CO杆上滑动。
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