CN216301442U - 临近空间飞艇 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种临近空间飞艇，属于飞行器设备技术领域，其包括艇体；太阳能电池，太阳能电池设置在艇体的上部，用于给飞艇提供能源；推进装置，推进装置设置在艇体前部并环向布置多组，用于给飞艇提供起飞、降落、空中悬停和前进的动力；吊舱，吊舱设置多个并布设在艇体的下部，吊舱包括艇载设备和载荷，为飞艇各控制、载荷等系统等提供必要的支撑；尾翼，尾翼在艇体靠近尾部的部分环向布置多个。本实用新型具有解决从整体布局上实现平流层飞艇持续动力推进、可控飞行、定点悬停、区域长时驻留等应用能力的优点。

Description

临近空间飞艇

技术领域

本实用新型涉及飞行器设备的技术领域，尤其是涉及一种临近空间飞艇。

背景技术

本部分提供的仅仅是与本公开相关的背景信息，其并不必然是现有技术。

目前国内临近空间应用需求日益迫切，市场尚无实用化解决方案。临近空间飞艇的浮重平衡、能源平衡、推阻平衡、热平衡等设计过程复杂。由于平流层的特殊环境条件，要实现平流层飞艇持续动力推进、可控飞行、定点悬停、区域长时驻留等应用能力，平流层飞艇在总体布局方面与普通飞艇相比有着更高的要求。

实用新型内容

本实用新型的目的是至少解决如何从整体布局上实现平流层飞艇持续动力推进、可控飞行、定点悬停、区域长时驻留等应用能力的问题。该目的是通过以下技术方案实现的：

本实用新型提出了一种临近空间飞艇，包括

艇体，所述艇体呈低阻流线外形；

太阳能电池，所述太阳能电池设置在所述艇体的上部，用于给飞艇提供能源；

推进装置，所述推进装置设置在所述艇体前部并环向布置多组，用于给飞艇提供起飞、降落、空中悬停和前进的动力；

吊舱，所述吊舱设置多个并布设在所述艇体的下部，所述吊舱包括艇载设备和载荷，为飞艇各控制、载荷等系统等提供必要的支撑；

尾翼，所述尾翼在所述艇体靠近尾部的部分环向布置多个。

根据本实用新型的临近空间飞艇，通过推进装置、太阳能电池、尾翼和吊舱等装置的设置，降低了艇体及其部件的连接结构的复杂程度，能够实现艇体部件的模块化的任意组合；通过可配置的推进装置、太阳能电池、尾翼和吊舱的任意组合，实现了艇体布局的最优化，从整体布局上实现平流层飞艇持续动力推进、可控飞行、定点悬停、区域长时驻留等应用能力；

同时，通过艇体、气柱和尾翼独立充气维形的方式，降低飞艇漏气的风险，从而延长平流层飞艇的留空能力。

另外，根据本实用新型的一种临近空间飞艇，还可具有如下附加的技术特征：

在本实用新型的一些实施例中，所述艇体包括软囊和设置于所述软囊内用于保持软囊外形的气柱，所述气柱内充装气体，所述气柱的外壁与所述软囊的内壁接触，且所述气柱与所述软囊互不连通。

在本实用新型的一些实施例中，所述艇体的长度与宽度的比范围为2：1～10：1。

在本实用新型的一些实施例中，每组所述推进装置包括推进电机和螺旋桨，并使用支架固定在所述艇体上。

在本实用新型的一些实施例中，多组所述推进装置在所述艇体的前部环向对称布置。

在本实用新型的一些实施例中，多组所述推进装置在所述艇体的前部环向非对称布置。

在本实用新型的一些实施例中，所述尾翼为斜撑的钝锥形尾翼，且所述尾翼与所述艇体的轴向之间夹角在20°～90°间。

在本实用新型的一些实施例中，所述尾翼为充气式尾翼，且所述尾翼与所述艇体之间不连通，为独立式充气。

在本实用新型的一些实施例中，多个所述尾翼间呈十字型、X型、倒Y型中的任一种。

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，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：

图1为本申请具有“X”型尾翼布局形式的飞艇布局结构示意图；

图2为本申请具有“X”型尾翼布局形式的飞艇后视结构示意图；

图3为本申请具有“X”型尾翼布局形式的飞艇俯视结构示意图；

图4为本申请具有“X”型尾翼布局形式的飞艇侧视结构示意图；

图5为本申请具有倒“Y”型尾翼布局形式的飞艇布局结构示意图；

图6为本申请具有倒“Y”型尾翼布局形式的飞艇后视结构示意图；

图7为本申请具有倒“Y”型尾翼布局形式的飞艇俯视结构示意图；

图8为本申请具有倒“Y”型尾翼布局形式的飞艇侧视结构示意图；

图9为本申请具有“X”型尾翼和两推进装置一支架布局形式的飞艇布局结构示意图；

图10为本申请具有“X”型尾翼和两推进装置一支架布局形式的飞艇后视结构示意图；

图11为本申请具有“X”型尾翼和两推进装置一支架布局形式的飞艇俯视结构示意图；

图12为本申请具有“X”型尾翼和两推进装置一支架布局形式的飞艇侧视结构示意图；

附图标记：

1、艇体；2、太阳能电池；3、推进装置；31、螺旋桨；32、推进电机；33、支架；4、吊舱；5、尾翼。

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。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

实施例1

如图1－4所示，本实施例的临近空间飞艇包括艇体1、太阳能电池2、推进装置3、吊舱4和尾翼5。

具体的，艇体1的长度与宽度的比例范围为2：1～10：1，并且呈低阻流线外形设置。低阻流线外形的设置使得艇体1在高空低雷诺工作环境条件下艇体1表面分离区极小，绕流顺畅，在平流层高空的能量消耗低。艇体1中所充气体为密度小于空气的气体，可为氢气、氦气等。

艇体1包括软囊和设置于软囊内用于保持软囊外形的气柱，气柱内充装气体，气柱的外壁与软囊的内壁接触，气柱可采用增压器泵来维持气柱内压差，提供刚度，而且气柱与软囊互不连通。

气柱不仅能够作为调节软囊内气体压力的载体，也为软囊保持固有形状提供了一个支撑体，可以使得软囊在升降或者巡航的过程中，始终保持固有的形状。同时艇体1与气柱独立充气维形的方式，降低了飞艇漏气的风险，从而延长飞艇在平流层的留空能力。

如图1－4所示，太阳能电池2呈“一”字排开布设在艇体1的上部，用于给飞艇提供升降或者巡航的能源。

如图1－4所示，推进装置3对称设置在艇体1的前部并于艇体1的两侧各安装有两组推进装置3，用于给飞艇提供起飞、降落、空中悬停和前进的动力。推进装置3采用一装置一支架33的形式安装，每组推进装置3包括一台推进电机32和一副螺旋桨31，并通过使用支架33固定在艇体1上。支架33呈杆状，支架33的一端固接在艇体1的表面，支架33中心距艇体1中心的轴向距离大于等于0m；支架33的另一端连接有推进电机32，推进电机32的输出端连接有螺旋桨31，且螺旋桨31的运动平面平行于艇体1的径向平面。同样的，推进装置3也可非对称布置在艇体1的前部。

如图1－4所示，吊舱4设置三个并布设在艇体1的下部，吊舱4包括艇载设备和载荷，艇载设备包括压力控制系统、供电系统、飞控系统、航电系统，为飞艇各控制、载荷等系统等提供必要的支撑。

如图1－4所示，尾翼5用作飞艇运动过程中的方向舵和升降舵，提供机动能力。尾翼5在艇体1靠近尾部的部分环向布置安装有四个，并呈“X”型尾翼布局形式设置；当然，可以理解的是，尾翼5的数量及排布结构不局限于是上述形式，可根据具体需求设置。进一步地，尾翼5为斜撑的钝锥形尾翼，每个斜撑的钝锥形尾翼均向艇体1后方斜支撑，且尾翼5与艇体1轴向之间夹角在20°～90°间。“X”型尾翼的设置，兼顾了平尾和垂尾的作用，而且在尾翼5翼展和面积不变的情况下，随着尾翼5与艇体1间夹角的增大，飞艇的纵向稳定性减小，航向稳定性增加，并提高了飞艇的操作性和留空时间。

而且尾翼5、吊舱4、太阳能电池2以及推进装置3均可根据浮重平衡和应用场景要求进行任意组合。

进一步地，尾翼5为充气式尾翼，且尾翼5与艇体1之间不连通，为独立式充气。艇体1与尾翼5独立充气维形的方式，降低了飞艇漏气的风险，提高了飞艇的气密性，从而延长平流层飞艇的留空能力。而且尾翼5、吊舱4、太阳能电池2以及推进装置3均可根据浮重平衡和应用场景要求进行任意组合。

根据上述提供的临近空间飞艇，通过推进装置3、太阳能电池2等装置的设置，降低了艇体1及其部件的连接结构的复杂程度，通过可配置的推进装置3、太阳能电池2、尾翼5和吊舱4的任意组合，实现了艇体1布局的最优化，能够实现艇体1部件的模块化的任意组合。从而从整体布局上实现平流层飞艇持续动力推进、可控飞行、定点悬停、区域长时驻留等应用能力。

实施例2

如图5－8所示，本实施例的临近空间飞艇包括艇体1、太阳能电池2、推进装置3、吊舱4和尾翼5。

具体的，艇体1的长度与宽度的比例范围为2：1～10：1，并且呈低阻流线外形设置。低阻流线外形的设置使得艇体1在高空低雷诺工作环境条件下艇体1表面分离区极小，绕流顺畅，在平流层高空的能量消耗低。艇体1中所充气体为密度小于空气的气体，可为氢气、氦气等。

艇体1包括软囊和设置于软囊内用于保持软囊外形的气柱，气柱内充装气体，气柱的外壁与软囊的内壁接触，气柱可采用增压器泵来维持气柱内压差，提供刚度，而且气柱与软囊互不连通。

气柱不仅能够作为调节软囊内气体压力的载体，也为软囊保持固有形状提供了一个支撑体，可以使得软囊在升降或者巡航的过程中，始终保持固有的形状。同时艇体1与气柱独立充气维形的方式，降低了飞艇漏气的风险，从而延长飞艇在平流层的留空能力。

如图5－8所示，太阳能电池2呈“十”字排开布设在艇体1的上部，用于给飞艇提供升降或者巡航的能源。

如图5－8所示，推进装置3对称设置在艇体1的前部并于艇体1的两侧各安装有三组推进装置3，用于给飞艇提供起飞、降落、空中悬停和前进的动力。推进装置3采用一装置一支架33的形式安装，每组推进装置3包括一台推进电机32和一副螺旋桨31，并通过使用支架33固定在艇体1上。支架33呈杆状，支架33的一端固接在艇体1的表面，支架33中心距艇体1中心的轴向距离大于等于0m；支架33的另一端连接有推进电机32，推进电机32的输出端连接有螺旋桨31，且螺旋桨31的运动平面平行于艇体1的径向平面。同样的，推进装置3也可非对称布置在艇体1的前部。

如图5－8所示，吊舱4设置一个并布设在艇体1的下部，吊舱4包括艇载设备和载荷，艇载设备包括压力控制系统、供电系统、飞控系统、航电系统，为飞艇各控制、载荷等系统等提供必要的支撑。

如图5－8所示，尾翼5在艇体1靠近尾部的部分环向布置安装三个，呈倒“Y”型尾翼布局形式设置，用作飞艇运动过程中的方向舵和升降舵，提供机动能力。当然，可以理解的是，尾翼5的数量及排布结构不局限于是上述形式，可根据具体需求设置。尾翼5为斜撑的钝锥形尾翼，每个斜撑的钝锥形尾翼均向艇体1后方斜支撑，且尾翼5与艇体1轴向之间夹角在20°～90°间。“Y”型尾翼的设置，相对于传统的“十”字尾翼，在加强飞行稳定性和提高操控性方面有明显优势，并减少了尾部重量，增大了飞行载荷；舵面转弯阻力增加，提高了飞艇空中转弯的灵活性，提高了飞艇的操作性和留空时间。

而且尾翼5、吊舱4、太阳能电池2以及推进装置3均可根据浮重平衡和应用场景要求进行任意组合。

进一步地，尾翼5为充气式尾翼，且尾翼5与艇体1之间不连通，为独立式充气。艇体1与尾翼5独立充气维形的方式，降低了飞艇漏气的风险，提高了飞艇的气密性，从而延长平流层飞艇的留空能力。

根据上述提供的临近空间飞艇，通过推进装置3、太阳能电池2等装置的设置，降低了艇体1及其部件的连接结构的复杂程度，通过可配置的推进装置3、太阳能电池2、尾翼5和吊舱4的任意组合，实现了艇体1布局的最优化，能够实现艇体1部件的模块化的任意组合。从而从整体布局上实现平流层飞艇持续动力推进、可控飞行、定点悬停、区域长时驻留等应用能力。

实施例3

如图9－12所示，本实施例的临近空间飞艇，包括艇体1、太阳能电池2、推进装置3、吊舱4和尾翼5。

具体的，艇体1的长度与宽度的比例范围为2：1～10：1，并且呈低阻流线外形设置。低阻流线外形的设置使得艇体1在高空低雷诺工作环境条件下艇体1表面分离区极小，绕流顺畅，在平流层高空的能量消耗低。艇体1中所充气体为密度小于空气的气体，可为氢气、氦气等。

艇体1包括软囊和设置于软囊内用于保持软囊外形的气柱，气柱内充装气体，气柱的外壁与软囊的内壁接触，气柱可采用增压器泵来维持气柱内压差，提供刚度，而且气柱与软囊互不连通。

气柱不仅能够作为调节软囊内气体压力的载体，也为软囊保持固有形状提供了一个支撑体，可以使得软囊在升降或者巡航的过程中，始终保持固有的形状。同时艇体1与气柱独立充气维形的方式，降低了飞艇漏气的风险，从而延长飞艇在平流层的留空能力。

如图9－12所示，太阳能电池2呈“一”字排开布设在艇体1的上部，用于给飞艇提供升降或者巡航的能源。

如图9－12所示，推进装置3对称设置在艇体1的前部并于艇体1的两侧各安装有四组推进装置3，用于给飞艇提供起飞、降落、空中悬停和前进的动力。此时推进装置3采用两装置一支架33的形式安装，每组推进装置3包括一台推进电机32和一副螺旋桨31，并通过使用支架33固定在艇体1上。支架33呈杆状，支架33的一端固接在艇体1的表面，支架33中心距艇体1中心的轴向距离大于等于0m；支架33的另一端连接有两个推进电机32，两个推进电机32平行艇体1轴线方向设置，两个推进电机32的输出端分别连接有一个螺旋桨31，且螺旋桨31的运动平面平行于艇体1的径向平面。同样的，推进装置3也可非对称布置在艇体1的前部。

如图9－12所示，吊舱4设置三个并布设在艇体1的下部，吊舱4包括艇载设备和载荷，艇载设备包括压力控制系统、供电系统、飞控系统、航电系统，为飞艇各控制、载荷等系统等提供必要的支撑。

如图9－12所示，尾翼5在艇体1靠近尾部的部分环向布置安装多个，呈“X”型尾翼布局形式设置，用作飞艇运动过程中的方向舵和升降舵，提供机动能力。当然，可以理解的是，尾翼5的数量及排布结构不局限于是上述形式，可根据具体需求设置。尾翼5为斜撑的钝锥形尾翼，斜撑的钝锥形尾翼均向艇体1后方斜支撑，且尾翼5与艇体1轴向之间夹角在20°～90°间。“X”型尾翼的设置，兼顾了平尾和垂尾的作用，而且在尾翼5翼展和面积不变的情况下，随着尾翼5与艇体1间夹角的增大，飞艇的纵向稳定性减小，航向稳定性增加，并提高了飞艇的操作性和留空时间。

而且尾翼5、吊舱4、太阳能电池2以及推进装置3均可根据浮重平衡和应用场景要求进行任意组合。

进一步地，尾翼5为充气式尾翼，且尾翼5与艇体1之间不连通，为独立式充气。艇体1与尾翼5独立充气维形的方式，降低了飞艇漏气的风险，提高了飞艇的气密性，从而延长平流层飞艇的留空能力。

根据上述提供的临近空间飞艇，通过推进装置3、太阳能电池2等装置的设置，降低了艇体1及其部件的连接结构的复杂程度，通过可配置的推进装置3、太阳能电池2、尾翼5和吊舱4的任意组合，实现了艇体1布局的最优化，能够实现艇体1部件的模块化的任意组合。从而从整体布局上实现平流层飞艇持续动力推进、可控飞行、定点悬停、区域长时驻留等应用能力。

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权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种临近空间飞艇，其特征在于：包括

艇体，所述艇体呈低阻流线外形；所述艇体包括软囊和设置于所述软囊内用于保持软囊外形的气柱，所述气柱内充装气体，所述气柱的外壁与所述软囊的内壁接触，且所述气柱与所述软囊互不连通；

太阳能电池，所述太阳能电池设置在所述艇体的上部，用于给飞艇提供能源；

推进装置，所述推进装置设置在所述艇体前部并环向布置多组，用于给飞艇提供起飞、降落、空中悬停和前进的动力；

吊舱，所述吊舱设置多个并布设在所述艇体的下部，所述吊舱包括艇载设备和载荷，为飞艇各控制、载荷系统提供必要的支撑；

尾翼，所述尾翼在所述艇体靠近尾部的部分环向布置多个。

2.根据权利要求1所述的临近空间飞艇，其特征在于：所述艇体的长度与宽度的比例范围为2：1～10：1。

3.根据权利要求1所述的临近空间飞艇，其特征在于：每组所述推进装置包括推进电机和螺旋桨，并使用支架固定在所述艇体上。

4.根据权利要求1所述的临近空间飞艇，其特征在于：多组所述推进装置在所述艇体的前部环向对称布置。

5.根据权利要求1所述的临近空间飞艇，其特征在于：多组所述推进装置在所述艇体的前部环向非对称布置。

6.根据权利要求1所述的临近空间飞艇，其特征在于：所述尾翼为斜撑的钝锥形尾翼，且所述尾翼与所述艇体的轴向之间夹角在20°～90°间。

7.根据权利要求1所述的临近空间飞艇，其特征在于：所述尾翼为充气式尾翼，且所述尾翼与所述艇体之间不连通。

8.根据权利要求1所述的临近空间飞艇，其特征在于：多个所述尾翼间呈十字型、X型、倒Y型中的任一种。

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