CN219584463U - 一种浮空球及浮空球链 - Google Patents

Abstract

一种低成本浮空球及由所述浮空球组成的浮空球链，所述浮空球包括气球球体及吊舱；所述吊舱悬挂在所述气球球体下方；所述浮空球还设置载荷舱，所述载荷舱固定在所述吊舱下方。利用长航时无人机平台远域投送所述低成本浮空球，投送至目标区域5km‑15km上空分散式部署；所述浮空球利用空气浮力在空中保持一定时间的驻留；所述浮空球通过携带不同的有效载荷，形成“球链”探测网络完成数据通信、目标区域观测等任务，具有滞空时间长、覆盖面积广、观测分辨率高等优点。

Description

一种浮空球及浮空球链

技术领域

本实用新型涉及浮空器技术领域，特别涉及一种浮空球及由浮空球组成的浮空球链。

背景技术

随着海洋产业的发展，远域要地侦察监视、尤其是针对要地动态目标的监视在海洋资源勘察、抢险救灾、科学研究中得到越来越广泛的应用。传统的远域侦察主要依托天基卫星、有人飞机等对固定区域开展侦察监视，但是受到卫星轨道约束、运行周期、载荷能力、飞机航程等因素的限制，难以对目标区域实施长时间、高频次的监视。除此之外，由于侦察监视设备本身成本高昂、侦察范围有限，也导致远域侦察难以满足现实产业发展需要。在实施远域要地监视过程中，既要提升监视时间、频次、范围等能力指标，也要尽可能降低使用成本，满足实际需要。

浮空飞行器系统(以下简称“浮空球”)，是一种依靠静浮力升空飞行的飞行器，可在5-15km的对流/平流层空间平稳地浮空飞行，成为平流层空间搭载平台。本实用新型将浮空球应用于海洋远域要地侦察监视，并为适应海洋远域要地侦察监视的需求，对浮空球的具体结构进行改进，满足远域要地监视的要求。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种低成本浮空球及由所述浮空球组成的浮空球链，利用长航时无人机平台远域投送低成本浮空球，将所述浮空球投送至目标区域5km-15km上空分散式部署；所述浮空球利用空气浮力在空中保持一定时间的驻留；所述浮空球通过携带不同的有效载荷，形成“球链”探测网络完成数据通信、目标区域观测等任务，具有滞空时间长、覆盖面积广、观测分辨率高等优点。

本实用新型提供一种浮空球，包括气球球体及吊舱；所述吊舱悬挂在所述气球球体下方；所述浮空球还设置载荷舱，所述载荷舱固定在所述吊舱下方；

所述气球球体包括主气囊、阀门及传感器；所述主气囊中填充密度低于空气的气体；所述阀门及所述传感器用于控制所述主气囊的进气和/或排气；

所述吊舱内至少设置气体快速生成器，为所述主气囊提供所述气体；

所述载荷舱用于搭载有效载荷。

所述主气囊中填充的密度低于空气所述气体为氦气或氢气。

所述主气囊的材料选用轻质涂覆锦丝绸。

所述气体快速生成器包括高压气瓶、控制器以及功率调节单元。

所述吊舱内还设置额外的动力能源及飞行控制装置；所述额外的动力能源为高压气瓶，用于提供脉冲推力；所述飞行控制装置包括传感器单元、计算处理单元和执行机构，用于执行飞行控制。所述飞行控制装置用于实现监控功能、高度控制和/或轨迹控制。

所述有效载荷包括通信载荷、光学监测设备、和/或红外监测设备。

本实用新型提供一种浮空球链，由多个所述浮空球组成，其中，各所述浮空球搭载相同或不同的所述有效载荷，多个所述浮空球形成浮空球链探测网络，用以完成数据通信及目标区域观测工作。

本实用新型提供了一种新型浮空球及浮空球链，利用长航时无人机等快速平台将所述浮空球快速部署在目标区域5km-15km的空域内；采用低成本浮空球携带不同类型的载荷分布式部署在目标区域上空，协同组网，完成数据通信、目标区域观测等任务，具有滞空时间长、覆盖面积广等优点。

采用本实用新型提供的浮空球，可以实现以下技术效果：一是机动灵活，快速抵达；利用无人机等快速平台的速度优势，能够使所述浮空球在较短时间内快速抵达目标区域上空；二是随机部署，快速释放；浮空球利用自身携带的气体发生器进行快速充气，保证浮空球能够快速实现浮空驻留；三是多样载荷，实时探测；浮空球通过加载通信、光学/红外等多样化有效载荷，在目标区域上空形成多样化探测网络；浮空球还可以与天基卫星进行信息交互，形成覆盖天地一体化的探测网络，满足对目标区域实时探测的需要；四是成本低廉；浮空球可驻留在目标区域5km-15km空域内，无需进行防护，即使遭到部分损坏也可以继续工作较长时间。

附图说明

为了更完整地理解本实用新型，现在将参考结合附图的以下描述，其中：

图1为本实用新型所述的浮空球的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供一种浮空球，其具有滞空时间长、覆盖面积广、低成本等优点。具体地，如图1所示，所述浮空球包括气球球体1及吊舱2，所述吊舱2悬挂在所述气球球体1下方。所述浮空球可以根据需要搭载有效载荷，所述有效载荷可设置在载荷舱3内；所述载荷舱3安置在所述吊舱2下方，与所述吊舱2固连。

所述气球球体1主要用于提供所述浮空球升空、平飞飞行所需的浮升力；所述气球球体1包括主气囊101、阀门102及传感器103；所述主气囊101中填充密度低于空气的气体，如氦气或者氢气等；所述阀门102及所述传感器103等通过法兰等方式固定于所述主气囊101上，用于控制所述主气囊101的进气/排气。

考虑到所述浮空球加挂有效载荷质量不小于5kg，浮空球高度为5km-15km，浮空时间不小于30min的要求，需要对所述浮空球的浮力体形式、浮力体充气气体、浮力体表面材料、浮力体载重能力等进行分析研究。

平流层浮空球一般有飞艇和气球两种形式。飞艇式浮空球一般带有龙骨，体积较大，不易实现压缩折叠，且对运载器要求较高。此外，在浮空高度、有效载荷质量、浮力气体相同的情况下，飞艇要比气球的质量和体积大20％左右。虽然飞艇相比气球有更好的气动外形，但选用气球形式的浮空球进行快速部署更为可行。故本实用新型采用气球形式的浮空球提供浮升力。

对于平流层浮空球，浮空球充气气体可选择氢气和氦气。其中，氢气是自然界密度最低的气体，可燃，在氧气浓度达到9％-64％时，会发生爆炸；因此，若采用氢气，氢气的安全性等是必须考虑的问题。氦气是惰性气体，不可燃，密度仅比氢气略高。较氢气而言，采用氦气未使浮空球的质量显著增大，这也是一般的大型高空气球、飞艇普遍采用氦气的原因。考虑到这些因素，特别是快速部署浮空球可能需要采用持续充气的方式，本实用新型优选氦气作为充气气体。

浮空球需要在一定高度空域内实现较长时间的滞空，高空环境条件对浮空球表面材料提出了较高的力学性能和环境适应性要求；例如，表面材料需要承受相应的表面应力、并且在工作时间内性能不会有明显下降，需要保证较低的氦气渗透率等。因此，所述主气囊101的表面材料应选用面密度相对较小，且具备一定强度的高强锦丝绸材料。通过调研与设计，本实用新型中所述气球球体1的主气囊101的材料选用轻质涂覆锦丝绸。

所述吊舱2用于安装各种仪器、控制装置、动力能源等。所述吊舱2内至少设置气体快速生成器，包括高压气瓶、控制器以及功率调节单元等；其主要功能是为所述浮空球飞行提供所需的气体。

此外，如果对所述浮空球的定位要求较高时，所述吊舱2内还可以设置额外的动力能源及飞行控制装置。所述动力能源可以包括额外设置的高压气瓶等，以实现脉冲推力。所述飞行控制装置可以包括传感器单元、计算处理单元和执行机构，其主要功能是执行飞行控制，包括监控功能、高度控制和轨迹控制。

所述吊舱2为所述载荷舱3的安装平台。所述载荷舱3可搭载有效载荷，例如通信载荷、光学/红外监测设备等。

本实用新型提供的所述浮空球，利用长航时无人机运载进入指定空域后，将所述浮空球从所述无人机舱口尾部侧推释放。所述浮空球在自由降落一段时间后，所述吊舱2内设置的所述的气体快速生成器对所述主气囊101进行充气操作；充气结束后，所述浮空球经历减速、上浮直至指定高度进行驻留。

所述浮空球部署高度在5km-15km之间的空域，气流相对稳定，即使所述浮空球不采用定点控制装置，也可以实现在一定区域、一定时间滞空稳定工作，因此在对定点定位功能要求不高时，可以不用携带动力能源和控制装置。

由于所述浮空球采用柔性浮力体，其为零压气球，即使遭到部分损坏后，漏气较慢，也可以继续工作较长时间。

本实用新型提供一种浮空球链，所述浮空球链由多个所述浮空球组成，其中，各所述浮空球携带不同的所述有效载荷，形成浮空球链探测网络，用以完成数据通信、目标区域观测等工作。

综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种浮空球，包括气球球体及吊舱；所述吊舱悬挂在所述气球球体下方；所述浮空球还设置载荷舱，所述载荷舱固定在所述吊舱下方；其特征在于，

所述气球球体包括主气囊、阀门及传感器；所述主气囊中填充密度低于空气的气体；所述阀门及所述传感器用于控制所述主气囊的进气和/或排气；

所述吊舱内至少设置气体快速生成器，为所述主气囊提供所述气体；

所述载荷舱用于搭载有效载荷。

2.根据权利要求1所述的浮空球，其特征在于，所述主气囊中填充的密度低于空气的所述气体为氦气或氢气。

3.根据权利要求1所述的浮空球，其特征在于，所述主气囊的材料选用轻质涂覆锦丝绸。

4.根据权利要求1所述的浮空球，其特征在于，所述气体快速生成器包括高压气瓶、控制器以及功率调节单元。

5.根据权利要求1所述的浮空球，其特征在于，所述吊舱内还设置额外的动力能源及飞行控制装置；所述额外的动力能源为高压气瓶，用于提供脉冲推力；所述飞行控制装置包括传感器单元、计算处理单元和执行机构，用于执行飞行控制。

6.根据权利要求5所述的浮空球，其特征在于，所述飞行控制装置用于实现监控功能、高度控制和/或轨迹控制。

7.根据权利要求1所述的浮空球，其特征在于，所述有效载荷包括通信载荷、光学监测设备、和/或红外监测设备。

8.一种浮空球链，由多个权利要求1-7任一项中所述浮空球组成，其中，各所述浮空球搭载相同或不同的所述有效载荷，多个所述浮空球形成浮空球链探测网络，用以完成数据通信及目标区域观测工作。