CN207843294U - 平流层动力气球 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种平流层动力气球，所述平流层动力气球包括囊体、吊舱、充气型尾翼、推进装置、能量供给装置和矢量推力装置，其中，所述矢量推力装置连接至所述囊体的前端。所述平流层动力气球的前端设置有用于安装所述矢量推力装置的半柔性安装片，所述矢量推力装置包括刚性支承结构、支架和桨叶装置。其中所述刚性支承结构与所述半柔性安装片固定连接，所述支架以可绕X轴旋转的方式连接至所述刚性支承结构，所述桨叶装置以可相对于所述支架绕Z轴旋转的方式连接至所述支架。
Description
技术领域
本实用新型涉及浮空飞行器技术领域，具体地涉及一种平流层动力气球。
背景技术
动力气球作为一种浮空飞行器,主要依靠动力推进系统产生的推力来克服飞行过程中的空气阻力。平流层动力气球在飞行过程中，控制动力气球姿态使其按照预定航迹飞行或机动是十分关键的环节。矢量推力装置的应用对于动力气球实现抗风飞行、长时间驻留等任务有着重大意义。传统动力气球将发动机安装在囊体腹部吊舱的两侧，采用一套倾转机构带动发动机转动产生推力。这种布局方式会出现以下状况：推力加速时动力气球俯仰角增大，倾转机构出现故障的情况下，不利于动力气球安全着陆。另外一种布置方式是在动力气球尾部安装矢量推力装置，这种布局方式的缺点是：在气流分离区，受气流的影响，会降低螺旋桨效率、导致推力输出减小、可能承载交变气动载荷，因此对螺旋桨和矢量推力装置结构的强度产生影响。因此现有技术的动力气球主要用于存在以下技术问题：普通尾翼控制航向精度低，偏航角在±20°以内时，难以精确控制；矢量推力装置安装在尾部，控制响应慢，结构重量大，控制效果十分有限；尾翼多为刚性结构，直接安装在艇体上，翼面加装舵机，结构复杂。
实用新型内容
本实用新型的目的是至少解决上述问题之一，该目的通过以下技术方案实现：
本实用新型提出一种平流层动力气球，所述平流层动力气球包括囊体、吊舱、充气型尾翼、推进装置、能量供给装置和矢量推力装置，其中，所述矢量推力装置连接至所述囊体的前端。
优选地，所述平流层动力气球还包括半柔性过渡段，所述半柔性过渡段的前端连接所述囊体，所述半柔性过渡段的后端连接所述充气型尾翼。
进一步优选地，所述充气型尾翼为变截面结构，所述充气型尾翼的前端为与所述囊体的后端相匹配的大致圆形截面，并且所述充气型尾翼沿艇体的中轴线方向或X轴方向以逐渐扁平的大致椭圆形结构渐变，并在所述充气型尾翼的末端呈大致长直型。
根据本实用新型的一种实施方式，所述充气型尾翼的末端呈沿Y轴方向延伸的长直型。
根据本实用新型的另一种实施方式，所述充气型尾翼的末端呈沿Z轴方向延伸的长直型。
优选地，所述充气型尾翼在与所述囊体的连接位置处设置有阻隔装置，所述阻隔装置能够打开使得所述充气型尾翼与所述囊体气体连通，并且所述阻隔装置能够关闭使得所述充气型尾翼封闭于所述囊体从而能够对所述充气型尾翼执行独立的压力控制。
根据本实用新型的优选地实施方式，所述平流层动力气球的前端设置有用于安装所述矢量推力装置的半柔性安装片，所述矢量推力装置包括刚性支承结构、支架和桨叶装置，其中
所述刚性支承结构与所述半柔性安装片固定连接，
所述支架以能够绕X轴旋转的方式连接至所述刚性支承结构，
所述桨叶装置以能够相对于所述支架绕Z轴旋转的方式连接至所述支架。
优选地，所述桨叶装置包括桨叶和整流防护结构，所述整流防护结构设置有整流防护环和桨叶支撑架，所述整流防护环设置成包围所述桨叶，所述桨叶支撑架固定于所述整流防护环的内侧并且与所述桨叶的轮毂连接。
进一步优选地，所述能量供给装置是太阳能电池。
更进一步优选地，所述半柔性过渡段是中部下凹的回转体。
本实用新型的优点在于：本实用新型通过在动力气球的囊体的前端设置矢量推力装置并在艇体的尾部设置起安定面作用的可充气式尾翼，能够实现控制精度更高、响应加快、结构重量降低、并且省去舵机结构。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1示出了根据本实用新型实施方式的平流层动力气球的总体布局图；
图2示出了根据本实用新型的一种实施方式的平流层动力气球的结构示意图；
图3示出了根据本实用新型的另一种实施方式的平流层动力气球的结构示意图；
图4示出了根据本实用新型实施方式的平流层动力气球的矢量推力装置的立体图；
图5示出了根据本实用新型实施方式的平流层动力气球的矢量推力装置的前示图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
根据本实用新型的实施方式，提出一种平流层动力气球。如图1所示，本实用新型的平流层动力气球包括囊体1、吊舱5、充气型尾翼2、推进装置14、能量供给装置和矢量推力装置3，其中，矢量推力装置3布置在囊体1的前端，用于控制动力气球的俯仰和偏航姿态。根据本实用新型的一种实施方式，动力气球还可以包括半柔性过渡段4，使得本实用新型的平流层动力气球形成“三段式”结构，即半柔性过渡段4的前端连接至囊体1，后端连接至充气型尾翼2；优选地，半柔性过渡段设置成中部下凹的回转体结构。根据本实用新型的另一实施方式，可以省去半柔性过渡段，使得充气型尾翼2直接与囊体1连接，例如可以通过焊接或粘接的方式将充气型尾翼2连接至囊体1。另外，能量供给装置优选地采用太阳能电池13。
根据本实用新型的平流层动力气球的充气型尾翼2起到安定面的作用，图 2和图3分别示出了充气型尾翼的两种布置形式。具体地，本实用新型的充气型尾翼优选地为变截面结构，其前端为与囊体后端的形状相匹配的大致圆形截面，并且沿艇体的中轴线方向或X轴方向以逐渐扁平的大致椭圆形结构渐变，并且在末端呈大致长直型。根据本实用新型的一种实施方式，如图2所示，充气型尾翼2的末端呈沿Z轴方向延伸的长直型，使得充气型尾翼形成单垂尾安定面，单垂尾安定面可以产生回复力矩，实现根据来流方向调整动力气球朝向，从而控制动力气球偏航角度。根据本实用新型的另一种实施方式，如图3所示，充气型尾翼2的末端呈沿Y轴方向延伸的长直型，使得充气型尾翼形成单平尾安定面，单平尾安定面可以产生回复力矩，从而控制动力气球俯仰角度。如图 1所示，动力气球的重心G位于浮心F的正下方，当艇体俯仰姿态发生变化时，依靠重心位置随艇体的位置变化产生回复力矩控制艇体的俯仰姿态。另外，吊舱5安装于囊体1的正下方，在艇体出现滚转姿态变化时产生回复力矩，控制艇体的滚转姿态。
根据本实用新型的优选的实施方式，充气型尾翼2在与囊体1的连接位置处设置有阻隔装置，例如可以遥控控制的阀门。阻隔装置能够打开使得充气型尾翼2与囊体1气体连通，并且能够关闭使得充气型尾翼封闭于囊体从而能够对充气型尾翼执行独立的压力控制。
根据本实用新型的优选地实施方式，动力气球的前端设置有用于安装矢量推力装置3的半柔性安装片6，半柔性安装片6与柔性的囊体1连接。矢量推力装置3包括刚性支承结构8、支架和桨叶11装置，如图4和图5所示。其中刚性支承结构8与半柔性安装片6连接，例如通过螺栓、螺钉等刚性连接件连接；支架通过旋转机构10(例如销轴)以可绕X轴旋转的方式连接至刚性支承结构8，使得支架能够绕X轴以0-120r/min的角速度旋转进行360°旋转并能够在任意旋转角度悬停；桨叶装置通过旋转机构9(例如销轴)以可相对于支架绕Z轴旋转的方式连接至支架，使得桨叶装置能够绕Z轴以0-120r/min的角速度进行360°旋转并能够在任意旋转角度悬停。根据本实用新型的优选的实施方式，桨叶装置包括桨叶11和整流防护结构。整流防护结构设置有整流防护环7和桨叶支撑架12，整流防护环7设置成包围桨叶11，即设置于桨叶叶尖的外侧，可以起到整流和保护囊体的作用，保证桨叶旋转产生的推力作用并且防止桨叶损坏囊体；桨叶支撑架12固定于整流防护环7的内侧，优选地与整流防护环7一体成型，桨叶11通过其轮毂连接至桨叶支撑架12，使得桨叶11能够相对于桨叶支撑架12及整流防护环7旋转。优选地，桨叶装置能够以 0-8000r/min的速度旋转以提供0-500N的矢量推力，实现本实用新型的平流层动力气球的俯仰和偏航姿态的控制。本实用新型的平流层动力气球的矢量推力装置能够在0-30km的高度范围内进行操作。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种平流层动力气球，其特征在于，所述平流层动力气球包括囊体、吊舱、充气型尾翼、推进装置、能量供给装置和矢量推力装置，其中，所述矢量推力装置连接至所述囊体的前端。
2.根据权利要求1所述的平流层动力气球，其特征在于，所述平流层动力气球还包括半柔性过渡段，所述半柔性过渡段的前端连接所述囊体，所述半柔性过渡段的后端连接所述充气型尾翼。
3.根据权利要求1所述的平流层动力气球，其特征在于，所述充气型尾翼为变截面结构，所述充气型尾翼的前端为与所述囊体的后端相匹配的大致圆形截面，并且所述充气型尾翼沿艇体的中轴线方向或X轴方向以逐渐扁平的大致椭圆形结构渐变，并在所述充气型尾翼的末端呈大致长直型。
4.根据权利要求3所述的平流层动力气球，其特征在于，所述充气型尾翼的末端呈沿Y轴方向延伸的长直型。
5.根据权利要求3所述的平流层动力气球，其特征在于，所述充气型尾翼的末端呈沿Z轴方向延伸的长直型。
6.根据权利要求1所述的平流层动力气球，其特征在于，所述充气型尾翼在与所述囊体的连接位置处设置有阻隔装置，所述阻隔装置能够打开使得所述充气型尾翼与所述囊体气体连通，并且所述阻隔装置能够关闭使得所述充气型尾翼封闭于所述囊体从而能够对所述充气型尾翼执行独立的压力控制。
7.根据权利要求1所述的平流层动力气球，其特征在于，所述平流层动力气球的前端设置有用于安装所述矢量推力装置的半柔性安装片，所述矢量推力装置包括刚性支承结构、支架和桨叶装置，其中
所述刚性支承结构与所述半柔性安装片固定连接，
所述支架以能够绕X轴旋转的方式连接至所述刚性支承结构，
所述桨叶装置以能够相对于所述支架绕Z轴旋转的方式连接至所述支架。
8.根据权利要求7所述的平流层动力气球，其特征在于，所述桨叶装置包括桨叶和整流防护结构，所述整流防护结构设置有整流防护环和桨叶支撑架，所述整流防护环设置成包围所述桨叶，所述桨叶支撑架固定于所述整流防护环的内侧并且与所述桨叶的轮毂连接。
9.根据权利要求1所述的平流层动力气球，其特征在于，所述能量供给装置是太阳能电池。
10.根据权利要求2所述的平流层动力气球，其特征在于，所述半柔性过渡段是中部下凹的回转体。
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| CN108248809A (zh) * | 2018-01-10 | 2018-07-06 | 北京天恒长鹰科技股份有限公司 | 平流层动力气球 |
| CN110775241A (zh) * | 2019-10-29 | 2020-02-11 | 中国科学院光电研究院 | 一种平流层飞艇对接系统 |
| CN113428340A (zh) * | 2021-08-12 | 2021-09-24 | 北京航空航天大学 | 一种平流层飞艇空中补气系统及方法 |
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