DE112020004905T5 - STRATOSPHERE AIRSHIP WITH LARGE RIGID-AND-FLEXIBLE INTEGRATED STRUCTURE - Google Patents

STRATOSPHERE AIRSHIP WITH LARGE RIGID-AND-FLEXIBLE INTEGRATED STRUCTURE Download PDF

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Wujun Chen
Jianhui HU
Bing Zhao
Jun Yang
Jiandong Xu
Lingchen Tang
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Shanghai Jiaotong University
New United Group Co Ltd
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Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart ein Stratosphären-Luftschiff mit einer großen starr-und-flexibel- integrierten Struktur, die eine Außenkapsel und einen Kiel umfasst. Die Außenkapsel bedeckt den Kiel. Der Kiel besteht aus einem zentralen Achsfachwerk, Versteifungsringen und einem String-Sekundärkiel. Das zentrale Achsfachwerk erstreckt sich entlang der Längsrichtung des Stratosphären-Luftschiffs. Die Mehrzahl von Versteifungsringen sind parallel und koaxial entlang der Längsrichtung angeordnet. Die Mittelpunkte der Versteifungsringe sind mit dem zentralen Achsfachwerk verbunden. Der String-Sekundärkiel ist mit Außenringen der benachbarten Versteifungsringe in einem Kopfbereich des Stratosphären-Luftschiffs verbunden. Die äußere Form der Außenkapsel in der vorliegenden Erfindung wird durch Umgebungsveränderungen im Wesentlichen nicht beeinträchtigt, Druck und Auftrieb können einer Entkopplungskontrolle unterzogen werden, und der Massenschwerpunkt ist stabil. Darüber hinaus sind ein Umgebungskontrollsystem, ein Antriebssystem, ein Energiesystem und ein Rückflugpuffersystem optimiert. Das Stratosphären-Luftschiff der vorliegenden Erfindung hat eine stabile Fluglage, einen geringen Energieverbrauch, einen flexiblen und kontrollierbaren Start- und Rückflug, eine starke Langzeit-Flugkapazität und ein breites industrielles Anwendungspotenzial.The present invention discloses a stratospheric airship having a large rigid-flexible integrated structure that includes an outer pod and a keel. The outer capsule covers the keel. The keel consists of a central axle truss, stiffening rings and a string secondary keel. The central axle truss extends along the longitudinal direction of the stratospheric airship. The plurality of stiffening rings are arranged in parallel and coaxially along the longitudinal direction. The centers of the stiffening rings are connected to the central axle framework. The string secondary keel is connected to outer rings of adjacent stiffening rings in a head section of the stratospheric airship. The outer shape of the outer capsule in the present invention is substantially unaffected by environmental changes, pressure and buoyancy can be subjected to decoupling control, and the center of mass is stable. In addition, an environmental control system, a propulsion system, a power system and a return buffer system are optimized. The stratospheric airship of the present invention has stable attitude, low power consumption, flexible and controllable take-off and return flight, strong long-term flight capacity, and wide industrial application potential.

Description

Gebiet der Erfindungfield of invention

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das technische Gebiet der Aerostaten, insbesondere auf ein Stratosphären-Luftschiff mit einer großen starr-und-flexibel integrierten Struktur.The present invention relates to the technical field of aerostats, in particular to a stratospheric airship with a large rigid-flexible integrated structure.

Beschreibung des Stands der TechnikDescription of the prior art

Die Stratosphäre wird auch als isotherme Schicht bezeichnet. Die Stratosphäre ist die zweite Schicht der Erdatmosphäre von unten nach oben, oberhalb der Troposphäre und unterhalb der Mesosphäre. Die Stratosphäre befindet sich etwa 10-50 Kilometer über dem Meeresspiegel und hat eine durchschnittliche atmosphärische Dichte von etwa 88,9 g/m3. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass sie oben warm und unten kalt ist. Die Atmosphäre in der Stratosphäre strömt waagerecht und rollt nur selten auf und ab, und die Luftströmung ist relativ stabil, so dass die meisten Flugzeuge in der Stratosphäre fliegen.The stratosphere is also called the isothermal layer. The stratosphere is the second layer of the Earth's atmosphere from bottom to top, above the troposphere and below the mesosphere. The stratosphere is about 10-50 kilometers above sea level and has an average atmospheric density of about 88.9 g/m 3 . It is characterized by being warm on top and cold on the bottom. The atmosphere in the stratosphere flows horizontally and rarely rolls up and down, and the airflow is relatively stable, so most airplanes fly in the stratosphere.

Stratosphären-Luftschiffe sind Luftfahrzeuge mit geringer Dynamik. Stratosphären-Luftschiffe haben ein breites Spektrum an militärischen und zivilen Anwendungsmöglichkeiten, da sie die Vorteile des statischen Auftriebs in Kombination mit Antrieb und integrierten Umgebungskontroll-, Flugkontroll-, Energie- und anderen Subsystemen nutzen und lange Zeit in einem angrenzenden Raum der Stratosphäre verbleiben können. Gegenwärtig ist das Stratosphären-Luftschiff eine nationale strategische Plattform für die Entwicklung von Weltraumressourcen und ein wichtiges Forschungs- und Entwicklungsfeld. Weltweit befindet sich die Steuerungstechnologie für Stratosphären-Luftschiffe jedoch noch in der Phase der Erforschung von Schlüsseltechnologien, des Durchbruchs von Engpass-Technologien und der Verifizierung von Integrationstechnologien, und es gibt noch kein ausgereiftes, industrietaugliches Anwendungsprodukt.Stratospheric airships are low dynamic aircraft. Stratospheric airships have a wide range of military and civilian applications because they take advantage of static lift combined with propulsion and integrated environmental, flight control, power and other subsystems, and can remain in an adjacent space of the stratosphere for long periods of time. At present, the stratospheric airship is a national strategic space resource development platform and an important field of research and development. However, in the world, stratospheric airship control technology is still at the stage of key technology research, bottleneck technology breakthrough and integration technology verification, and there is still no mature, industrial-grade application product.

Die Luft in der Stratosphäre ist dünn, die Luftdichte beträgt nur etwa 1/14 im Vergleich zur Meereshöhe, und der Auftrieb ist extrem gering. Um das Gewicht zu reduzieren, werden im In- und Ausland in der Regel leichte Materialien für die Herstellung von weichen Luftschiffen verwendet. Durch den Wechsel von Tag und Nacht in der Stratosphäre ändert sich jedoch die Temperatur des Luftschiffs, was zu Änderungen des Auftriebs, des Drucks und des Massenschwerpunkts führt, wodurch der Schwebezustand des Luftschiffs instabil wird. Außerdem ist es aufgrund des dünnen Gases schwierig, die Luft zu komprimieren, so dass ein spezielles Gebläse mit geringem Durchfluss und hoher-Druck-Kopf erforderlich ist. Das spezielle Gebläse hat jedoch einen hohen Energieverbrauch, einen geringen Wirkungsgrad. aber hohe Kosten. Gleichzeitig erfordert dünne Luft einen großen Durchmesser, eine niedrige Geschwindigkeit und ein hohes Gewicht eines Höhenpropellers, wodurch die Schubeffizienz gering ist. Außerdem wird mehr Energie verbraucht, um den Zustand eines Luftschiffsystems aufrechtzuerhalten, was auch das Gesamtgewicht des Luftschiffsystems erhöht. Daher ist das Gesamtgewicht des Stratosphären-Luftschiffsystems nicht gerade gering. Darüber hinaus stellt das Luftschiffsystem hohe Anforderungen an den langfristigen Aufenthalt in der Luft, die Aufrechterhaltung der Höhe und die Aufrechterhaltung des Auftriebs. Die derzeitige Technologie bietet jedoch noch keine effektive Lösung. Die wissenschaftlichen und technischen Fachleute auf diesem Gebiet im In- und Ausland führt immer noch verschiedene Erkundungen durch.The air in the stratosphere is thin, air density is only about 1/14 that of sea level, and buoyancy is extremely low. In order to reduce weight, light-weight materials are generally used in the manufacture of soft airships at home and abroad. However, the alternation of day and night in the stratosphere changes the airship's temperature, causing changes in lift, pressure, and center of mass, making the airship's state of hover unstable. In addition, due to the thin gas, it is difficult to compress the air, so a special low-flow blower and high-pressure head is required. However, the special blower has high energy consumption, low efficiency. but high cost. At the same time, thin air requires a large diameter, low speed and heavy weight of an altitude propeller, which makes the thrust efficiency low. Also, more energy is consumed to maintain the health of an airship system, which also increases the overall weight of the airship system. Therefore, the overall weight of the stratospheric airship system is not exactly light. In addition, the airship system has high requirements for long-term stay in the air, maintaining altitude and maintaining buoyancy. However, current technology does not yet provide an effective solution. The scientific and technical professionals in this field at home and abroad is still conducting various explorations.

Die chinesischen Patentanmeldungen CN108706091A „BIONISCHES STRATOSPHÄREN-LUFTSCHIFF“ und CN108725734A „VERFAHREN ZUR KOORDINIERTEN STEUERUNG VON AUFTRIEB UND DRUCK EINES STRATOSPHÄREN-LUFTSCHIFFS“ schlagen eine neue Luftschiffkonfiguration und -anordnung nach der Form und dem Prinzip einer portugiesischen Galeere, wobei ein wärmeangepasster Luftsack mit einem gas-flüssig reversibel steuerbaren Arbeitsmedium gefüllt ist, das Arbeitsmedium durch eine thermodynamische Kreislaufvorrichtung zwischen flüssigem und gasförmigem Zustand umgewandelt wird und eine langfristige Steuerung des Drucks und des Auftriebs durch eine Methode der koordinierten Steuerung des Drucks und des Auftriebs realisiert wird. Die Änderung des Zustands des Arbeitsmediums und die Änderung des Gesamtvolumens des Luftschiffs erschweren jedoch die Stabilisierung des Massenschwerpunkts.The Chinese patent applications CN108706091A "BIONIC STRATOSPHERE AIRSHIP" and CN108725734A "METHODS FOR THE COORDINATED CONTROL OF LIFT AND PRESSURE OF A STRATOSPHERE AIRSHIP" propose a new airship configuration and layout based on the form and principle of a Portuguese galley, in which a heat-adapted airbag is filled with a gas-liquid reversibly controllable working medium, the working medium by a thermodynamic cycle device is converted between liquid and gaseous states and long-term control of pressure and buoyancy is realized by a method of coordinated control of pressure and buoyancy. However, the change in the state of the working medium and the change in the total volume of the airship make it difficult to stabilize the center of mass.

Im chinesischen Patent CN106394855A „STRATOSPHÄREN-LUFTSCHIFF MIT WASSERSTOFF-EINSTELLVORRICHTUNG“ wird durch die Entlastung von Wasserstoffspeicherballast wird der Verlust von Helium ergänzt, um den Auftrieb und den Druck aufrechtzuerhalten und den Kreislauf durch die Kombination der hydroelektrischen Wasserstoff-Sauerstoff-Reaktion einer Brennstoffzelle zu realisieren. Allerdings gibt es viele technische Schwierigkeiten, und die Verwendung von Wasserstoff in Luftschiffen ist derzeit verboten.In the Chinese patent CN106394855A “HYDROGEN ADJUSTER STRATOSPHERE AIRSHIP” is supplemented by the offloading of hydrogen storage ballast, the loss of helium to maintain lift and pressure, and realize the cycle by combining the hydrogen-oxygen hydroelectric reaction of a fuel cell. However, there are many technical difficulties and the use of hydrogen in airships is currently prohibited.

Im chinesischen Patent ZL201110012621.8 „LUFTSCHIFF MIT AMMONIAK-HILFSLUFTKISSEN UND VERFAHREN ZUR AUFTRIEBSKONTROLLE DAVON“ wird das ternäre Luftkissen des Ammoniak-Hilfsluftkissens verwendet, und die Steuerung von Druck und Auftrieb erfolgen durch den Phasenwechsel zwischen Gas und Flüssigkeit. Auch der Einfluss des Ammoniak-Arbeitsmediums auf den Auftriebsmittelpunkt und den Massenschwerpunkt des Luftschiffs sowie das Problem seiner Steuerung wurden nicht effektiv gelöst.In Chinese patent ZL201110012621.8 “AIRSHIP WITH AMMONIA ASSISTANT AIR CUSHION AND LIFT CONTROL METHOD THEREOF”, the ternary air cushion of the ammonia auxiliary air cushion is used, and the control of pressure and buoyancy are done by the phase change between gas and liquid. Also the influence of the ammonia working medium on the airship's center of buoyancy and center of mass, as well as the problem of its control were not effectively solved.

Das chinesische Patent CN201521080600.X „SYSTEM DER STARREN STRUKTUR EINES GROSSEN LUFTSCHIFFS“ schlägt ein Luftschiff mit einem starren Struktursystem vor, das ein vorgespanntes Struktursystem und eine flexible Außenkapselstruktur umfasst, wobei das vorgespannte Struktursystem aus einer zentralen Achse, vorgespannten Versteifungsringen und Längszugstangen besteht. Die vorgespannten Versteifungsringe dieser Struktur weisen jedoch eine geringe Steifigkeit und eine geringe Stabilität auf. Die lange zentrale Achse verläuft durch die Kapsel des Luftschiffs vom Kopf bis zum Ende und durchquert dabei die zentralen Rohre einer Mehrzahl von vorgespannten Versteifungsringen, was dazu führt, dass die Achse einer größeren Biegekraft ausgesetzt ist, leicht an Stabilität verliert, eine geringe Tragfähigkeit aufweist, umständlich zu installieren ist und es schwierig ist, eine insgesamt realisierbare Vorspannung zu bilden; und es ist schwierig für die flexible Außenkapselstruktur und das vorgespannte Struktursystem, eine Kraft synergetisch zu tragen, so dass die Gesamteffizienz der Struktur gering ist.The Chinese patent CN201521080600.X "LARGE AIRSHIP RIGID STRUCTURE SYSTEM" proposes an airship with a rigid structural system comprising a prestressed structural system and a flexible outer capsule structure, the prestressed structural system consisting of a central axis, prestressed stiffening rings and longitudinal tie rods. However, the prestressed stiffening rings of this structure have low rigidity and low stability. The long central axis runs through the capsule of the airship from head to tail, crossing the central tubes of a plurality of prestressed stiffening rings, resulting in the axis being subjected to a larger bending force, easily losing stability, having a low load capacity, is cumbersome to install and difficult to provide an overall feasible preload; and it is difficult for the flexible outer capsule structure and the prestressed structure system to bear force synergistically, so the overall efficiency of the structure is low.

Die chinesische Patentanmeldung CN108725741A „STARRES STRATOSPHÄREN-LUFTSCHIFF MIT NEUER STRUKTUR“ sieht ein starres Stratosphären-Luftschiff vor, in dem eine Vielzahl von Außenkapselrahmen, die aus Versteifungsringen und -stäben bestehen, außerhalb der Außenkapsel angeordnet sind, Innenkapseln in Kabinen-Innenkapseln unterteilt sind, die entlang der axialen Richtung des Luftschiffs nacheinander angeordnet sind, um Helium zu speichern, und Luft in Kapseln zwischen der Außenkapsel und den Innenkapseln gespeichert wird. Dieses System wird als starres Luftschiff bezeichnet und kann einem Unterdruck standhalten. Allerdings handelt es sich bei diesem System im Wesentlichen immer noch um ein Luftschiffkonzept mit integrierter weicher Struktur, und es ist nur ein teilweise verstärktes Struktursystem, d. h. das gesamte Luftschiffstruktursystem erfordert immer noch, dass die Außenkapsel mit Überdruck aufgeblasen wird, um die Form und Steifigkeit des Luftschiffs zu erhalten.The Chinese patent application CN108725741A "RIGID STRATOSPHERIC AIRSHIP WITH NEW STRUCTURE" provides a rigid stratospheric airship in which a plurality of outer capsule frames consisting of stiffening rings and rods are arranged outside the outer capsule, inner capsules are divided into cabin inner capsules along the axial Direction of the airship are sequentially arranged to store helium, and air is stored in capsules between the outer capsule and the inner capsules. This system is called a rigid airship and can withstand negative pressure. However, this system is still essentially an integrated soft structure airship concept, and it is only a partially reinforced structural system, i.e. the entire airship structural system still requires the outer capsule to be inflated with positive pressure to maintain the shape and rigidity of the obtain airship.

In der chinesischen Patentanmeldung CN201910275705.7 „GROSSES LUFTSCHIFF MIT HALBSTARREN STRUKTUREN“ wird eine Struktur zur integrierten und synergistischen Kraftaufnahme durch einen integralen Kiel eines Zug-Druck-Selbstausgleichssystems und eine vorgespannte Kapsel verwendet, und die vorgespannte Kapsel hat die Eigenschaften einer Gesamtkonformität bei einem Null-Druck und eine Gesamtsteifigkeit und eine hohe Tragfähigkeit bei einem niedrigen Druck. Obwohl die Kapsel im Allgemeinen unter einem nichtnegativen Druck steht, der nahe bei Null liegen kann, können einige Kapseln (mit einem kugelförmigen oder stromlinienförmigen Kopf mit geringem Widerstand) ihre Form und Steifigkeit unter niedrigem oder Null-Druck nicht beibehalten. Gleichzeitig zielt die vorliegende Erfindung nur auf das Struktursystem des Luftschiffs ab und betrifft nicht die Verbesserung der allgemeinen Eigenschaften des Luftschiffs.In the Chinese patent application CN201910275705.7 "LARGE AIRSHIP WITH SEMI-RIGID STRUCTURES" is used a structure for integrated and synergistic force absorption by an integral keel of a tension-compression self-balancing system and a prestressed capsule, and the prestressed capsule has the characteristics of an overall compliance at a zero pressure and an overall stiffness and a high load capacity at a low pressure. Although the capsule is generally under non-negative pressure, which can be close to zero, some capsules (with a low drag spherical or aerofoil head) cannot maintain their shape and rigidity under low or zero pressure. At the same time, the present invention only aims at the structural system of the airship and does not concern the improvement of the general properties of the airship.

Das heißt, dass die Überlebensfähigkeit des Stratosphären-Luftschiffs gemäß dem Stand der Technik während langfristiger Präsenz in der Luft noch nicht gut gelöst ist. Dies hat sich zu einem Hindernis für die industrielle Anwendung von Stratosphären-Luftschiffen entwickelt.That is, the survivability of the prior art stratospheric airship during long-term airborne presence is not yet well solved. This has become an obstacle to the industrial application of stratospheric airships.

Daher müssen die bestehenden Technologien noch weiter verbessert und ausgebaut werden.Therefore, the existing technologies still need to be further improved and expanded.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the Invention

In Anbetracht der oben genannten Mängel des Standes der Technik besteht die technische Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die Überlebensfähigkeit eines Stratosphären-Luftschiffs während langfristiger Präsenz in der Luft mit flexibler Steuerung und hoher Realisierbarkeit zu verbessern.In view of the above shortcomings of the prior art, the technical task of the present invention is to improve the survivability of a stratospheric airship during long-term airborne presence with flexible control and high feasibility.

Um den oben genannten Zweck zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung ein Stratosphären-Luftschiff mit einer großen starr-und-flexibel integrierten Struktur bereit, das eine Außenkapsel und einen Kiel umfasst, wobei die Außenkapsel den Kiel bedeckt; der Kiel ein zentrales Achsfachwerk, Versteifungsringe und einen String-Sekundärkiel umfasst; das zentrale Achsfachwerk sich entlang der Längsrichtung des Stratosphären-Luftschiffs erstreckt; die Vielzahl von Versteifungsringe koaxial angeordnet sind und die Versteifungsringe koaxial mit dem Achsfachwerk angeordnet sind; die Mitten der Versteifungsringe mit dem zentralen Achsfachwerk verbunden sind; und der String-Sekundärkiel mit Außenringen von Benachbarten der Versteifungsringe in einem Kopfbereich des Stratosphären-Luftschiffs verbunden ist.In order to achieve the above purpose, the present invention provides a large rigid-flexible integrated structure stratospheric airship comprising an outer capsule and a keel, the outer capsule covering the keel; the keel comprises a central axle truss, stiffening rings and a string secondary keel; the central axle truss extends along the longitudinal direction of the stratospheric airship; the plurality of stiffening rings are arranged coaxially and the stiffening rings are arranged coaxially with the axle framework; the centers of the stiffening rings are connected to the central axle framework; and the string secondary keel is connected to outer rings of adjacent ones of the stiffening rings in a head region of the stratospheric airship.

Ferner besteht die Außenkapsel aus einem flexiblen Folienmaterial mit einer geringen Luftdurchlässigkeit.Furthermore, the outer capsule consists of a flexible film material with low air permeability.

Außerdem ist die Außenkapsel mit Luft gefüllt.In addition, the outer capsule is filled with air.

Ferner umfasst der String-Sekundärkiel eine äußere String-Zugstange und eine innere String-Zugstange, wobei die äußere String-Zugstange und die innere String-Zugstange einen hohlen Bauchraum bilden und die äußere String-Zugstange in Kontakt mit der Innenfläche der Außenkapsel steht.Further, the string secondary keel comprises an outer string tie rod and an inner string tie rod, the outer string tie rod and the inner string tie rod having a hollow belly forming space and the outer string tension rod is in contact with the inner surface of the outer capsule.

Ferner umfasst der String-Sekundärkiel Stützstäbe, wobei die Stützstäbe an einem Bauchteil des String-Sekundärkiels angeordnet sind und die Stützstäbe die äußere String-Zugstange und die innere String-Zugstange verbinden.Furthermore, the string secondary keel comprises support rods, the support rods being arranged at a belly part of the string secondary keel and the support rods connecting the outer string tie rod and the inner string tie rod.

Ferner sind die äußere und die innere String-Zugstange symmetrisch angeordnet.Furthermore, the outer and inner string pull rods are arranged symmetrically.

Ferner sind eine Mehrzahl von Stützstäben parallel zueinander angeordnet.Furthermore, a plurality of support rods are arranged parallel to each other.

Ferner gibt es nicht weniger als drei Stützstäbe.Furthermore, there are no less than three support rods.

Ferner umfasst der Kiel Längszugstangen, und die Längszugstangen sind mit den Außenringen der benachbarter Versteifungsringe verbunden, wobei sich die Längszugstangen im Kopfbereich des Stratosphären-Luftschiffs befinden und die zwei Enden der Längszugstangen in jeweils zugeordneter Weise mit dem Kopfende und dem Schwanzende des String-Sekundärkiels verbunden sind.Further, the keel comprises longitudinal tie rods, and the longitudinal tie rods are connected to the outer rings of the adjacent stiffening rings, the longitudinal tie rods being located in the head area of the stratospheric airship and the two ends of the longitudinal tie rods being connected in a respective associated manner to the head end and the tail end of the string secondary keel are.

Ferner umfasst der Außenring zwei Unterringe und ein erstes Fachwerk; das erste Fachwerk ist entlang des Innenumfangs des Außenrings verteilt; die beiden Unterringe sind durch das erste Fachwerk verbunden und aufgeweitet; das erste Fachwerk umfasst einen inneren Sehne-Knoten bzw. Strebe-Knoten (kurz: innerer Sehne-Knoten) und einen äußeren Sehne-Knoten bzw. Strebe-Knoten (kurz: äußerer Sehne-Knoten); der innere Sehne-Knoten ist mit dem zentralen Achsfachwerk durch eine radiale Zugstange verbunden; der äußere Sehne-Knoten verbindet das erste Fachwerk und die beiden Unterringe; und der String-Sekundärkiel und der Außenring sind durch den äußeren Sehne-Knoten verbunden.Furthermore, the outer ring comprises two sub-rings and a first truss; the first truss is distributed along the inner circumference of the outer ring; the two subrings are connected and widened by the first truss; the first truss comprises an inner chord node or strut node (in short: inner chord node) and an outer chord node or strut node (in short: outer chord node); the inner chord node is connected to the central axle truss by a radial tie rod; the outer chord-knot connects the first truss and the two sub-rings; and the string secondary keel and the outer ring are connected by the outer chord knot.

Ferner besteht die Form einer Einheit des ersten Fachwerks aus einem Dreieck, und das Dreieck umfasst zwei äußere Sehne-Knoten und einen inneren Sehne-Knoten.Further, the shape of a unit of the first truss is a triangle, and the triangle includes two outer chord nodes and one inner chord node.

Ferner verbinden die Längszugstange die äußeren Sehne-Knoten an derselben Stelle an zwei benachbarten Versteifungsringen.Further, the longitudinal tie rods connect the outer tendon nodes at the same location on two adjacent strut rings.

Ferner ist der innere Sehne-Knoten über zwei radiale Zugstangen mit den beiden Enden des Nabenschafts des Versteifungsrings verbunden.Furthermore, the inner tendon node is connected to the two ends of the hub shaft of the stiffening ring via two radial tie rods.

Ferner umfasst das zentrale Achsfachwerk eine Mehrzahl von Sätzen von schiffchenförmigen zweiten Fachwerken, und die zweiten Fachwerke verbinden die benachbarte Versteifungsringe; und die Form einer inneren Einheit des zweiten Fachwerks umfasst ein Dreieck.Further, the central axle truss includes a plurality of sets of boat-shaped second trusses, and the second trusses connect the adjacent stiffening rings; and the shape of an inner unit of the second truss includes a triangle.

Ferner umfasst das Stratosphären-Luftschiff Innenkapseln, wobei die Innenkapseln innerhalb der Außenkapsel angeordnet ist und die Innenkapseln mit einem ersten Gas gefüllt sind, wobei das erste Gas eine geringere Dichte als Luft aufweist.Furthermore, the stratospheric airship comprises inner capsules, the inner capsules being arranged inside the outer capsule and the inner capsules being filled with a first gas, the first gas having a lower density than air.

Ferner umgeben die Innenkapseln ringförmig das zentrale Achsfachwerk.Furthermore, the inner capsules surround the central axle framework in a ring shape.

Ferner sind eine Vielzahl von Innenkapseln vorgesehen.Furthermore, a large number of inner capsules are provided.

Ferner sind die Innenkapseln aus ultraleichten Folien mit geringer Festigkeit festgestellt.Furthermore, the inner capsules are made of ultra-light films with low strength.

Ferner enthält das erste Gas Helium.Furthermore, the first gas contains helium.

Ferner ist die Innenkapsel mit einem Heliumventil an der Oberseite der Außenkapsel ausgestattet.The inner capsule is also equipped with a helium valve on the top of the outer capsule.

Ferner umfasst das Stratosphären-Luftschiff ein Umgebungskontrollsystem, wobei das Umgebungskontrollsystem so konfiguriert ist, dass es den Luftdruck in der Außenkapsel steuert.The stratospheric airship further includes an environmental control system, wherein the environmental control system is configured to control air pressure within the outer pod.

Ferner ist das Umgebungskontrollsystem so konfiguriert, dass der Luftdruck in der Außenkapsel zwischen einem eingestellten Unterdruckgrenzwert und einem eingestellten Überdruckgrenzwert gehalten wird.Further, the environmental control system is configured to maintain the air pressure within the outer shell between a set under pressure limit and a set over pressure limit.

Ferner wird der Unterdruckgrenzwert so eingestellt, dass er einen Unterdruckwert nicht überschreitet, der der Druckgrenze des Kiels entspricht, und der Überdruckgrenzwert wird so eingestellt, dass er einen Überdruckwert nicht überschreitet, der der Zuggrenze der Außenkapsel entspricht.Further, the negative pressure limit is set not to exceed a negative pressure value corresponding to the compression limit of the keel, and the positive pressure limit is set not to exceed a positive pressure value corresponding to the outer shell tensile limit.

Ferner ist ein Differenzdruckmesser vorgesehen, und der Differenzdruckmesser ist so konfiguriert, dass er die Differenz zwischen dem Innen- und dem Außendruck einer Kontaktfläche zwischen der Außenkapsel und dem Kiel ermittelt.A differential pressure gauge is also provided, and the differential pressure gauge is configured to determine the difference between the internal and external pressures of a contact area between the outer shell and the keel.

Ferner umfasst das Umgebungskontrollsystem ein Luftventil; das Luftventil ist am Unterteil der Außenkapsel angeordnet; und das Luftventil ist so konfiguriert, dass die Außenkapsel in einem Überdruckzustand nach außen entlüftet werden kann.The environmental control system further includes an air valve; the air valve is located at the bottom of the outer shell; and the air valve is configured to allow the outer shell to be vented to the outside in a positive pressure condition.

Ferner umfasst das Umgebungskontrollsystem ein Gebläse; das Gebläse ist an der Außenkapsel installiert; und das Gebläse ist so konfiguriert, dass es die Außenkapsel in einem Unterdruckzustand aufbläst.Further, the environmental control system includes a fan; the blower is installed on the outer capsule; and the blower is configured to inflate the outer shell in a negative pressure state.

Ferner weist das Gebläse aus einem große-Höhe-Gebläse und/oder einem geringe-Höhe-Gebläse.Further, the fan includes a high-altitude fan and/or a low-altitude fan.

Ferner wählt das Umgebungskontrollsystem das große-Höhe-Gebläse und/oder das geringe-Höhe-Gebläse entsprechend der Schwebehöhe des Stratosphären-Luftschiffs aus.Further, the environmental control system selects the high-altitude fan and/or the low-altitude fan according to the hovering altitude of the stratospheric airship.

Ferner ist ein Luftauslass des Gebläses mit einer Rückschlagklappe versehen.Furthermore, an air outlet of the blower is provided with a non-return valve.

Ferner umfasst das Stratosphären-Luftschiff ein Luftkissen, wobei das Luftkissen so konfiguriert ist, dass es am Unterteil des Stratosphären-Luftschiffs gelagert wird.The stratospheric airship further includes an air bag, the air bag being configured to be supported on the base of the stratospheric airship.

Ferner wird die Anzahl der Luftkissen auf vier festgelegt, und die Verbindungslinien der Positionen der vier Luftkissen bilden ein Rechteck, und das Rechteck befindet sich am unteren Bauchteil des Stratosphären-Luftschiffs.Further, the number of airbags is set to four, and the lines connecting the positions of the four airbags form a rectangle, and the rectangle is located at the lower belly part of the stratospheric airship.

Ferner sind die Luftkissen so konfiguriert, dass sie während der Reisephase des Stratosphären-Luftschiffs gelagert und gefaltet werden können und bei der Rückkehr und Landung in einer bestimmten Höhe über dem Boden auf einen Auslegungsdruck aufgeblasen werden.Further, the airbags are configured to be stored and folded during the cruising phase of the stratospheric airship and inflated to a design pressure upon return and landing at a specified altitude above the ground.

Ferner beträgt die bestimmte Höhe 1 km.Further, the specified height is 1 km.

Ferner umfasst das Stratosphären-Luftschiff eine Batterie, wobei die Batterie in einer Gondel untergebracht ist und sich die Gondel unter dem Stratosphären-Luftschiff befindet; und die Batterie ist elektrisch mit einer Solarenergie-Sammelplatte (bzw. Solarenergie-Sammelpannel) verbunden.Further, the stratospheric airship comprises a battery, wherein the battery is housed in a nacelle and the nacelle is located under the stratospheric airship; and the battery is electrically connected to a solar energy collection panel.

Ferner umfasst das Stratosphären-Luftschiff ein Antriebssystem, wobei das Antriebssystem ein Hecktriebwerk und/oder Seitentriebwerke umfasst; das Hecktriebwerk ist an der Außenfläche der Außenkapsel in einem Heckbereich des Stratosphären-Luftschiffs befestigt; die Seitentriebwerke sind an einer Kopf- und/oder Mittelposition des Stratosphären-Luftschiffs befestigt und die Seitentriebwerke sind symmetrisch auf der linken und rechten Seite in Bezug auf die axiale Richtung des zentralen Achsfachwerks verteilt sind; und die Seitentriebwerke und/oder das Hecktriebwerk umfassen/umfasst Höhenpropeller, die von einem Höhenmotor angetrieben werden.Furthermore, the stratospheric airship comprises a propulsion system, wherein the propulsion system comprises a rear engine and/or side engines; the tail engine is attached to the outer surface of the outer pod in a tail portion of the stratospheric airship; the side engines are fixed at a head and/or middle position of the stratospheric airship, and the side engines are symmetrically distributed on the left and right sides with respect to the axial direction of the central axle truss; and the side engines and/or the tail engine comprise/comprises high-altitude propellers driven by an high-altitude motor.

Ferner umfasst das Stratosphären-Luftschiff zwei Leitwerkspaare, wobei die beiden Leitwerkspaare in einem Heckbereich des Stratosphären-Luftschiffs angeordnet sind und eine X-förmige Anordnung aufweisen.Furthermore, the stratospheric airship comprises two pairs of tail units, the two pairs of tail units being arranged in a rear area of the stratospheric airship and having an X-shaped arrangement.

Ferner sind die Leitwerke aufblasbare Leitwerke.Furthermore, the tail units are inflatable tail units.

Im Vergleich zum Stand der Technik hat die vorliegende Anmeldung zumindest die folgenden vorteilhaften technischen Wirkungen:

  1. 1. Der String-Sekundärkiel kann die Verformung der Außenkapsel in einem Bereich mit einer relativ großen Krümmung begrenzen, die Hemmung des starren Kiels auf die Verformung der flexiblen Außenkapsel verstärken und die Volumenänderung der Außenkapsel klein machen, wodurch die Auftriebskontrolle und die Druckkontrolle des Luftschiffs entkoppelt, der Kontrollprozess vereinfacht und der Massenschwerpunkt des Luftschiffs stabilisiert wird.
  2. 2. Das ersten Fachwerke der Versteifungsringe bilden ein radiales Zug-Druck-Selbstausgleichssystem, und die Versteifungsringe und die zweiten Fachwerke bilden ein axiales Selbstausgleichssystem. Das Selbstausgleichssystem ist vorteilhaft, um den Gesamtnutzungsumfang des Kiels zu reduzieren und die Leistungsanforderungen an die Materialien zu senken, wodurch das Gewicht des Kiels und das Gesamtgewicht des Luftschiffs reduziert werden.
  3. 3. Die umlaufende Innenkapselstruktur ist vorteilhaft, um das Links-Rechts-Gleichgewicht des Luftschiffs zu erhalten, wodurch die Stabilität des Massenschwerpunkts gewahrt bleibt und ein Auf- und Abschwanken des Luftschiffs und damit ein Umkippen verhindert wird.
  4. 4. Das Umgebungskontrollsystem, das Antriebssystem, das Energiesystem und das Puffersystem für den Rückflug sind optimiert und zeichnen sich durch eine einfache Steuerung, eine stabile Fluglage, einen geringen Energieverbrauch und eine ausgezeichnete Kontrollierbarkeit des Starts und der Rückkehr aus, wodurch die Grundlage für die industrielle Anwendung von Luftschiffen in der Stratosphäre geschaffen wird.
Compared to the prior art, the present application has at least the following advantageous technical effects:
  1. 1. The string secondary keel can limit the deformation of the outer capsule in an area with a relatively large curvature, strengthen the inhibition of the rigid keel on the deformation of the flexible outer capsule, and make the volume change of the outer capsule small, thereby decoupling the airship's buoyancy control and pressure control , simplifying the control process and stabilizing the airship's center of mass.
  2. 2. The first truss of the stiffening rings form a radial tension-compression self-balancing system, and the stiffening rings and the second trusses form an axial self-balancing system. The self-balancing system is advantageous in reducing the overall usage scope of the keel and lowering the performance requirements of the materials, thereby reducing the weight of the keel and the overall weight of the airship.
  3. 3. The all-round inner capsule structure is advantageous to maintain the left-right balance of the airship, which maintains the stability of the center of mass and prevents the airship from pitching up and down and thus overturning.
  4. 4. The environmental control system, propulsion system, power system and return flight buffer system are optimized, featuring simple control, stable flight attitude, low power consumption and excellent controllability of take-off and return, laying the foundation for the industrial Application of airships in the stratosphere is created.

Das Konzept, die spezifischen Strukturen und die sich daraus ergebenden technischen Wirkungen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen näher erläutert, so dass der Zweck, die Merkmale und die Wirkungen der vorliegenden Erfindung vollständig verstanden werden können.The concept, specific structures and resulting technical effects of the present invention are explained in detail below in conjunction with the accompanying drawings so that the purpose, features and effects of the present invention can be fully understood.

Figurenlistecharacter list

  • 1 ist eine Querschnittsansicht eines Struktursystems in Aufwärts-AbwärtsRichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eines Stratosphären-Luftschiffs der vorliegenden Erfindung; 1 12 is a cross-sectional view of a structure system in the up-down direction according to a preferred embodiment a stratospheric airship of the present invention;
  • 2 ist eine isometrische Ansicht einer Kielstruktur gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eines Stratosphären-Luftschiffs der vorliegenden Erfindung; 2 Figure 12 is an isometric view of a keel structure in accordance with a preferred embodiment of a stratospheric airship of the present invention;
  • 3 ist eine schematische Ansicht eines Versteifungsrings gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eines Stratosphären-Luftschiffs der vorliegenden Erfindung; 3 Figure 12 is a schematic view of a shroud in accordance with a preferred embodiment of a stratospheric airship of the present invention;
  • 4 ist eine Querschnittsansicht eines String-Sekundärkiels gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eines Stratosphären-Luftschiffs der vorliegenden Erfindung; 4 Figure 12 is a cross-sectional view of a string secondary keel in accordance with a preferred embodiment of a stratospheric airship of the present invention;
  • 5 ist ein Layoutdiagramm eines Umgebungskontrollsystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eines Stratosphären-Luftschiffs der vorliegenden Erfindung; und 5 Figure 12 is a layout diagram of an environmental control system in accordance with a preferred embodiment of a stratospheric airship of the present invention; and
  • 6 ist ein Layoutdiagramm eines Antriebssystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eines Stratosphären-Luftschiffs der vorliegenden Erfindung. 6 12 is a layout diagram of a propulsion system according to a preferred embodiment of a stratospheric airship of the present invention.

BezugszeichenlisteReference List

101101
Kiel;keel;
102102
String-Sekundärkiel;string secondary keel;
103103
Außenkapsel;outer capsule;
104104
Innenkapsel;inner capsule;
105105
Leitwerk;empennage;
106106
Gondel;Gondola;
107107
Luftkissen;air cushions;
1010110101
Versteifungsring;stiffening ring;
1010210102
zentrales Achsfachwerk;central axle framework;
1010310103
Längszugstange;longitudinal pull rod;
10101011010101
erstes Fachwerk;first truss;
10101021010102
Nabenschaft;hub shaft;
10101031010103
radiale Zugstange;radial pull rod;
10101041010104
Außenring;outer ring;
1020110201
- äußere String-Zugstange;- outer string pull rod;
1020210202
innere String-Zugstange;inner string pull rod;
1020310203
Stützstab;support rod;
201201
große-Höhe-Gebläse;large-altitude blower;
202202
geringe-Höhe-Gebläse;low-altitude fan;
203203
Luftventil;air valve;
204204
Heliumventil;helium valve;
205205
Differenzdruckmesser;differential pressure gauge;
206206
Umgebungskontroller;environmental controller;
301301
Seitentriebwerk;side engine;
302302
Hecktriebwerk; undrear engine; and
401401
Solarenergie-Sammelplatte.Solar Energy Collection Plate.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten AusführungsformenDetailed Description of Preferred Embodiments

Eine Mehrzahl von bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, so dass der technische Inhalt davon klarer und einfacher zu verstehen ist. Die vorliegende Erfindung kann in vielen verschiedenen Ausführungsformen verkörpert werden, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die hierin erwähnten Ausführungsformen beschränkt.A plurality of preferred embodiments of the present invention are described below with reference to the accompanying drawings so that the technical content thereof may be more clearly and easily understood. The present invention can be embodied in many different embodiments, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments mentioned herein.

In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen Bauteile mit gleicher Struktur, und ähnliche Bezugszeichen bezeichnen Baugruppen, die ähnliche Strukturen oder Funktionen aufweisen. Die Größe und Dicke jeder in den Zeichnungen gezeigten Baugruppe sind willkürlich dargestellt, und die Größe und Dicke jeder Baugruppe sind in der vorliegenden Anwendung nicht begrenzt. Um die Darstellung zu verdeutlichen, ist die Dicke des Bauteils an einigen Stellen in den Zeichnungen entsprechend übertrieben dargestellt.In the drawings, like reference numbers indicate components having the same structure, and like reference numbers indicate assemblies having similar structures or functions. The size and thickness of each assembly shown in the drawings are shown arbitrarily, and the size and thickness of each assembly are not limited in the present application. In order to clarify the representation, the thickness of the component is correspondingly exaggerated in some places in the drawings.

Ausführungsform IEmbodiment I

Da sich die Form eines Luftschiffs stark verändert, ändert sich nicht nur der Auftrieb, sondern auch der Druck drastisch, was dazu führen kann, dass der Massenschwerpunkt des Luftschiffs instabil wird, was die Genauigkeit der Schwebesteuerung verringert und das Steuerungssystem kompliziert macht. Ein Luftschiff, dessen Form unverändert bleibt, hat einen im Wesentlichen unveränderten Auftrieb, so dass Auftriebs- und Druckregelung entkoppelt werden können. Auf dieser Grundlage können durch Änderung der Schwerkraft des Luftschiffs und der Schwerkraftänderungsgeschwindigkeit das Auf- und Absteigen sowie die Auf- und Abstiegsgeschwindigkeit des Luftschiffs gesteuert werden.As the shape of an airship changes greatly, not only lift but also pressure changes drastically, which can cause the airship's center of mass to become unstable, reducing hover control accuracy and making the control system complicated. An airship whose shape remains unchanged has essentially unchanged buoyancy, so that buoyancy and pressure control can be decoupled. On this basis, by changing the gravity of the airship and the rate of change of gravity, the ascent and descent and the speed of ascent and descent of the airship can be controlled.

Um die Verformung des Luftschiffs zu kontrollieren, wird in dieser Ausführungsform ein Stratosphären-Luftschiff mit einer großen starr- und-flexibel integrierten Struktur offenbart.In order to control the deformation of the airship, a stratospheric airship with a large rigid-flexible integrated structure is disclosed in this embodiment.

Wie in 1 dargestellt, umfasst das Stratosphären-Luftschiff eine Außenkapsel 103 und einen Kiel 101. Die Außenkapsel 103 bedeckt den Kiel 101, und der Kiel 101 umfasst ein zentrales Achsfachwerk 10102, Versteifungsringe 10101 und einen String-Sekundärkiel 102. Das zentrale Achsfachwerk 10102 erstreckt sich entlang der Längsrichtung des Stratosphären-Luftschiffs; eine Vielzahl von Versteifungsringen 10101 sind koaxial, die Versteifungsringe 10101 sind koaxial mit dem zentralen Achsfachwerk angeordnet, und die Mitten der Versteifungsringe 10101 sind mit dem zentralen Achsfachwerk 10102 verbunden. Der String-Sekundärkiel 102 ist in einem Kopfbereich des Stratosphären-Luftschiffs angeordnet, und der String-Sekundärkiel 102 ist mit den Außenringen 1010104 benachbarter Versteifungsringe 10101 verbunden.As in 1 As shown, the stratospheric airship includes an outer pod 103 and a keel 101. The outer pod 103 covers the keel 101, and the keel 101 includes a central axle truss 10102, stiffening rings 10101, and a string secondary keel 102. The central axle truss 10102 extends along the longitudinal direction of the stratospheric airship; a plurality of stiffening rings 10101 are coaxial, the stiffening rings 10101 are arranged coaxially with the central axle framework, and the centers of the stiffening rings 10101 are connected to the central axle framework 10102. The string secondary keel 102 is arranged in a head region of the stratospheric airship, and the string secondary keel 102 is connected to the outer rings 1010104 of adjacent stiffening rings 10101 .

In der Praxis ist das Volumen des Stratosphären-Luftschiffs relativ groß; dementsprechend ist auch die Oberfläche der Außenkapsel 103 relativ groß. Nach physikalischen Grundsätzen ist das Gewicht eines Objekts positiv mit seiner Dicken und Dichte in Verbindung gebracht, wenn die Oberfläche konstant ist. Um das Gewicht des Stratosphären-Luftschiffs zu kontrollieren, wird die Außenkapsel 103 vorzugsweise aus einem flexiblen Folienmaterial mit geringer Luftdurchlässigkeit hergestellt, wobei die Anforderungen an ein geringes Gesamtgewicht, die Verhinderung von Luftlecks und eine hohe Materialfestigkeit berücksichtigt werden. Vorzugsweise besteht die Außenkapsel 103 aus einem dünnen Folienmaterial, das in 24 Stunden nur 0,5 Liter pro Quadratmeter durchlässt, eine hohe spezifische Festigkeit aufweist, leicht ist und eine hohe Festigkeit besitzt. Es ist zu beachten, dass das enthaltene Gas der Außenkapsel 103 normalerweise Luft ist.In practice, the volume of the stratospheric airship is relatively large; accordingly, the surface of the outer capsule 103 is relatively large. According to physical principles, the weight of an object is positively related to its thickness and density if the surface area is constant. In order to control the weight of the stratospheric airship, the outer capsule 103 is preferably made of a flexible sheet material with low air permeability, taking into account the requirements of low overall weight, prevention of air leakage and high material strength. Preferably, the outer capsule 103 is made of a thin sheet material that lets through only 0.5 liters per square meter in 24 hours, has a high specific strength, is lightweight, and has high strength. It should be noted that the contained gas of the outer capsule 103 is normally air.

In der Praxis werden Luftschiffe in der Stratosphäre aus aerodynamischen Gründen normalerweise tropfenförmig oder, wie in 1 dargestellt, projektilartig konstruiert, d. h. kugelförmig am Kopf, zylindrisch in der Mitte und kegelförmig am Heck.In practice, airships in the stratosphere usually become teardrop-shaped for aerodynamic reasons, or, as in 1 shown projectile-like in construction, i.e. spherical at the head, cylindrical in the middle and cone-shaped at the stern.

Unter den gleichen Zug- und Druckbedingungen nimmt die lokale Spannung an einer Außenfläche mit größerer Krümmung (wie einem kugelförmigen oder stromlinienförmigen Kopf mit geringem Widerstand) erheblich zu. Das heißt, unter denselben Zug- und Druckbedingungen ist die lokale Verformung des Kopfbereichs der Außenkapsel 103 größer. Obwohl das Hinzufügen einer ausreichenden Anzahl von Versteifungsringen 10101 im Kopfbereich das obige Problem lösen kann, führt dies zu einer erheblichen Erhöhung des Gewichts des Luftschiffs.Under the same conditions of tension and compression, the local stress on an outer surface of greater curvature (such as a low drag spherical or streamlined head) increases significantly. That is, under the same tension and compression conditions, the local deformation of the head portion of the outer capsule 103 is larger. Although adding a sufficient number of stiffening rings 10101 in the head area can solve the above problem, it results in a significant increase in the weight of the airship.

Um dem Gewichtsproblem des Luftschiffs und der Optimierung der lokalen Verformung Rechnung zu tragen, wird in dieser Ausführungsform die Spannungsstruktur des Kopfbereichs des Stratosphären-Luftschiffs durch die Anordnung eines String-Sekundärkiels 102 optimiert. Die Versteifungsringe 10101 sind Außenskelette in Längsrichtung des Stratosphären-Luftschiffs; und zwischen benachbarten Versteifungsringen 10101 im Kopfbereich wird durch die Anordnung des String-Sekundärkiels 102 der Bereich mit einer größeren Krümmung weiter vermascht, und die Kraftstützpunkte werden erhöht, wodurch das Problem der lokalen Verformung verbessert wird.In order to account for the weight problem of the airship and to optimize the local deformation, the tension structure of the head area of the stratospheric airship is optimized by the arrangement of a string secondary keel 102 in this embodiment. The stiffening rings 10101 are exoskeletons in the longitudinal direction of the stratospheric airship; and between adjacent stiffening rings 10101 in the head area, the placement of the string secondary keel 102 further meshes the area of greater curvature and increases the force support points, thereby improving the problem of local deformation.

Vorzugsweise, wie in 4 gezeigt, umfasst der String-Sekundärkiel 102 eine äußere String-Zugstange 10201 und eine innere String-Zugstange 10202, wobei die äußere String-Zugstange 10201 und die innere String-Zugstange 10202 einen hohlen Bauchraum bilden und die äußere String-Zugstange 10201 in Kontakt mit der Innenfläche der Außenkapsel 103 steht. Der String-Sekundärkiel 102 besteht aus einem starren Material und weist daher eine gewisse Belastbarkeit auf. Unter einem externen Zug bzw. Druck kann der String-Sekundärkiel 102 nur in einem begrenzten Ausmaß entlang der Längsrichtung gedehnt oder verkürzt werden, wodurch die Verformung der Außenkapsel 103 in diesem Bereich begrenzt wird.Preferably, as in 4 shown, the string secondary keel 102 comprises an outer string tension rod 10201 and an inner string tension rod 10202, the outer string tension rod 10201 and the inner string tension rod 10202 forming a cavity and the outer string tension rod 10201 in contact with the inner surface of the outer capsule 103. The string secondary keel 102 is made of a rigid material and therefore has a certain strength. Under external tension or compression, the string secondary keel 102 can only be stretched or shortened to a limited extent along the longitudinal direction, thereby limiting the deformation of the outer shell 103 in this area.

Um die Zug- und Drucktragfähigkeit eines großen Krümmungsbereichs zu verbessern, umfasst der String-Sekundärkiel 102 vorzugsweise außerdem Stützstäbe 10203; und die Stützstäbe sind an einem Bauchteil des String-Sekundärkiels 102 angeordnet, um die äußere String-Zugstange 10201 und die innere String-Zugstange 10202 zu verbinden. Vorzugsweise sind die Stützstäbe 10203 senkrecht zur Achse des hohlen Bauchraums des String-Sekundärkiels 102 angeordnet. Durch die Erhöhung der Anzahl der Stützstäbe 10203 kann die Zug- und Drucktragfähigkeit des Strangsekundärkiels 102 weiter erhöht werden. Um die gleichen Krafteigenschaften der Mehrzahl von Stützstäben 10203 zu gewährleisten, sollten die Mehrzahl von Stützstäben 10203 parallel zueinander sein.In order to improve the tension and compression resistance of a large range of curvature, the string secondary keel 102 preferably also comprises support rods 10203; and the support rods are arranged at a belly part of the string secondary keel 102 to connect the outer string tie rod 10201 and the inner string tie rod 10202 . Preferably, the support rods 10203 are perpendicular to the axis of the cavity of the string secondary keel 102 . By increasing the number of support rods 10203, the tensile and compressive load-bearing capacity of the string secondary keel 102 can be further increased. In order to ensure the same force characteristics of the plurality of support rods 10203, the plurality of support rods 10203 should be parallel to each other.

Darüber hinaus sind die äußere String-Zugstange 10201 und die innere String-Zugstange 10202 vorzugsweise symmetrisch entlang der Achse des hohlen Bauchraums des String-Sekundärkiels 102 verteilt, um sicherzustellen, dass die äußere String-Zugstange 10201 und die innere String-Zugstange 10202 die gleiche Kraft erhalten, so dass die äußere String-Zugstange 10201 und die innere Zugstange 10202 den gleichen Verformungsbetrag haben.In addition, the outer string pull rod 10201 and the inner string pull rod 10202 are preferably distributed symmetrically along the axis of the cavity cavity of the string secondary keel 102 to ensure that the outer string pull rod 10201 and the inner string pull rod 10202 are the same Force obtained so that the outer string pull rod 10201 and the inner pull rod 10202 have the same amount of deformation.

Normalerweise sollte die Anzahl der Stützstäbe 10203 unter Berücksichtigung der Segmentlänge des String-Sekundärkiels 102 mindestens 3 parallel zueinander betragen, um sicherzustellen, dass die innere String-Zugstange 10202 und die äußere String-Zugstange 10201 auch bei hohem Zug bzw. Druck die aufgespannte Bogenform beibehalten können.Normally, considering the segment length of the string secondary keel 102, the number of supporting rods 10203 should be at least 3 parallel to each other to ensure that the inner string tie rod 10202 and the outer string tie rod 10201 maintain the arched shape even under high tension or compression be able.

Es sollte beachtet werden, dass der String-Sekundärkiel 102 aus einer äußeren String-Zugstange 10201 und einer inneren String-Zugstange 10202 bestehen kann, um eine fischbauchförmige Struktur mit einem bestimmten Radius zu bilden; er kann auch aus einer Mehrzahl von äußeren String-Zugstangen 10201 und einer Mehrzahl von inneren String-Zugstangen 10202 bestehen, um eine hohlbauchförmige Struktur abschnittsweise zu bilden, wie in 4 gezeigt.It should be noted that the string secondary keel 102 may consist of an outer string tie rod 10201 and an inner string tie rod 10202 to form a fish belly shaped structure with a certain radius; it may also consist of a plurality of outer string tie rods 10201 and a plurality of inner string tie rods 10202 to form a hollow-bellied structure in sections, as in FIG 4 shown.

Es sollte auch beachtet werden, dass 4 eine einheitliche Struktur des String-Sekundärkiels 102 zeigt. In praktischen Anwendungen, wie in 2 gezeigt, gibt es eine Mehrzahl von String-Sekundärkielen 102, die annähernd senkrecht zu einer Ebene der verbundenen Versteifungsringe 10101 liegen und in Umfangsrichtung verteilt sind. In verschiedenen Bereichen, die durch benachbarte Versteifungsringe 10101 in Längsrichtung des Stratosphären-Luftschiffs getrennt sind, kann die Verteilungsdichte der String-Sekundärkiele 102 unterschiedlich sein, und die Radien der hohlen Bauchräume der String-Sekundärkiele 102 können ebenfalls unterschiedlich sein. Insbesondere in einem Bereich mit einer größeren Krümmung können die String-Sekundärkiele 102 zwischen benachbarten Versteifungsringen 10101 dichter verteilt sein, und der Radiant des hohlen Bauchraums wird größer sein.It should also be noted that 4 shows a unitary structure of the string secondary keel 102. In practical applications, as in 2 As shown, there are a plurality of string secondary keels 102 approximately perpendicular to a plane of the connected stiffening rings 10101 and distributed circumferentially. In different areas separated by adjacent stiffening rings 10101 in the longitudinal direction of the stratospheric airship, the distribution density of the string secondary keels 102 can be different, and the radii of the hollow abdominal spaces of the string secondary keels 102 can also be different. In particular, in a region with a larger curvature, the string secondary keels 102 can be more densely distributed between adjacent stiffening rings 10101, and the radian of the abdominal cavity will be larger.

Um die Gesamtverformung des Stratosphären-Luftschiffs mit zylindrischem Mittelbereich weiter zu begrenzen, kann der Kiel 101 vorzugsweise, wie in 2 gezeigt, auch mit einer Längszugstange 10103 versehen sein; und die Längszugstange 10103 verbindet Außenringe 1010104 benachbarter Versteifungsringe. Ähnlich wie bei den String-Sekundärkielen 102 gibt es vorzugsweise eine Mehrzahl von Längszugstangen 10103, die senkrecht zu den verbundenen Versteifungsringen 10101 stehen und in Umfangsrichtung verteilt sind.In order to further limit the overall deflection of the cylindrical midsection stratospheric airship, the keel 101 may preferably, as shown in FIG 2 shown may also be provided with a longitudinal pull rod 10103; and longitudinal tie rod 10103 connects outer rings 1010104 of adjacent stiffening rings. Similar to the string secondary keels 102, there are preferably a plurality of longitudinal tie rods 10103 perpendicular to the associated stiffening rings 10101 and distributed circumferentially.

Für den Kopfbereich des Stratosphären-Luftschiffs gibt es sowohl Längszugstangen 10103 als auch Strangsekundärkiele 102. In diesem Fall, um sicherzustellen, dass die Kraft auf den Kopf hauptsächlich von dem String-Sekundärkiel 102 getragen wird, sind vorzugsweise zwei Enden der Längsspurstange 10103 mit dem vorderen und hinteren Ende des String-Sekundärkiels 102 verbunden. Das heißt, die Längszugstange 10103 ist zwischen der äußeren String-Zugstange 10201 und der inneren String-Zugstange 10202 eingeklemmt, wodurch die strukturelle Festigkeit des Stratosphären-Luftschiffs gewährleistet wird. Weiter bevorzugt können die Längszugstange 10103 im Kopfbereich des Stratosphären-Luftschiffs mit dem Strangsekundärkiel 102 zu einem Ganzen verarbeitet werden. Vorzugsweise bilden die Längszugstangen 10103 echte Schäfte der hohlen, bauchförmigen Struktur des String-Sekundärkiels 102 und stehen außerdem senkrecht zu den Stützstäbe 10203, um eine Struktur zu bilden.For the head section of the stratospheric airship, there are both longitudinal tie rods 10103 and string secondary keels 102. In this case, to ensure that the force on the head is mainly borne by the string secondary keel 102, two ends of the longitudinal tie rod 10103 are preferably connected to the front and aft end of the string secondary keel 102 connected. That is, the longitudinal tie rod 10103 is sandwiched between the outer string tie rod 10201 and the inner string tie rod 10202, thereby ensuring the structural strength of the stratospheric airship. More preferably, the longitudinal pull rod 10103 in the head area of the stratospheric airship can be processed into a whole with the strand secondary keel 102 . Preferably, the longitudinal tie rods 10103 form true shafts of the hollow bulbous structure of the string secondary keel 102 and are also perpendicular to the support rods 10203 to form a structure.

Die Längszugstangen 10103 und die String-Sekundärkiele 102 optimieren die äußere Stützstruktur des Kiels 101, um ein äußeres Skelett des Stratosphären-Luftschiffs exakter zu formen, das die Außenkapsel 103 trägt.Longitudinal tie rods 10103 and string secondary keels 102 optimize the outer support structure of keel 101 to more accurately form an outer skeleton of the stratospheric airship carrying outer capsule 103.

3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsstruktur des Versteifungsrings 10101, die einen Außenring 1010104, radiale Zugstangen 1010103 und einen Nabenschaft 1010102 umfasst; der Außenring 1010104 befindet sich am äußeren Umfang des Versteifungsrings 10101, und der Außenring 1010104 ist so konfiguriert, dass er die Außenkapsel 103 direkt trägt; der Nabenschaft 1010102 befindet sich in der Mitte des Versteifungsrings 10101 und ist mit dem zentralen Achsfachwerk 10102 verbunden; und der Außenring 1010104 ist mit dem Nabenschaft 1010102 durch radiale Zugstangen 1010103 verbunden. 3 Figure 10 shows a preferred embodiment structure of the stiffening ring 10101 comprising an outer ring 1010104, radial tie rods 1010103 and a hub shank 1010102; the outer ring 1010104 is located on the outer periphery of the stiffening ring 10101, and the outer ring 1010104 is configured to support the outer shell 103 directly; the hub shaft 1010102 is located in the center of the stiffening ring 10101 and is connected to the central axle framework 10102; and the outer ring 1010104 is connected to the hub shaft 1010102 by radial tie rods 1010103.

Um die mechanischen Eigenschaften des Kiels 101 zu optimieren, ist der Versteifungsring 10101 vorzugsweise als ein radiales Zug-Druck-Selbstausgleichssystem ausgebildet. Konkret umfasst der Außenring 1010104 ein erstes Fachwerk 1010101 und zwei Unterringe; das erste Fachwerk 1010101 ist gleichmäßig entlang des Innenumfangs des Außenrings 1010104 verteilt, um die beiden Unterringe zu verbinden und zu stützen; und die beiden Unterringe stützen die Außenkapsel 103 nach außen und spannen die Außenkapsel 103 auf. Das erste Fachwerk 1010101 umfasst einen inneren und einen äußeren Sehne-Knoten bzw. Strebe-Knoten (kurz: äußerer Sehne-Knoten); der innere Sehne-Knoten ist mit dem Nabenschaft 1010102 des zentralen Achsfachwerks 10102 über eine radiale Zugstange 1010103 verbunden; und die Verbindungspunkte zwischen dem ersten Fachwerk 1010101 und den beiden Unterringen bilden zwei äußere Sehne-Knoten. In diesem Fall sind der String-Sekundärkiel 102 und die Außenringe 1010104 durch ein Paar äußerer Sehne-Knoten verbunden; vorzugsweise entspricht das Paar äußerer Sehne-Knoten, das durch den String-Sekundärkiel 102 verbunden ist, den gleichen Positionen der Versteifungsringe 10101, zu denen sie gehören.In order to optimize the mechanical properties of the keel 101, the stiffening ring 10101 is preferably designed as a radial tension-compression self-balancing system. Specifically, the outer ring 1010104 includes a first truss 1010101 and two sub-rings; the first truss 1010101 is evenly distributed along the inner circumference of the outer ring 1010104 to connect and support the two sub-rings; and the two sub-rings support the outer shell 103 outward and span the outer shell 103. The first framework 1010101 comprises an inner and an outer tendon node or strut node (short: outer tendon node); the inner chord node is connected to the hub 1010102 of the central axle framework 10102 via a radial tie rod 1010103; and the connection points between the first truss 1010101 and the two sub-rings form two outer chord nodes. In this case, the string secondary keel 102 and the outer rings 1010104 are connected by a pair of outer chord nodes; preferably, the pair of outer chordal nodes connected by the string secondary keel 102 correspond to the same positions of the stiffening rings 10101 to which they belong.

Vorzugsweise ist die Form einer Einheit des ersten Fachwerks 1010101 dreieckig; ferner sind vorzugsweise zwei radialen Zugstangen 1010103 mit einem Ende zusammen an den inneren Sehne-Knoten angeschlossen, und die beiden anderen Enden sind separat an zwei Enden des Nabenschaft 1010102 angeschlossen. Das heißt, von den drei Eckpunkten der dreieckigen Einheit des ersten Fachwerk 1010101 sind die beiden äußeren Sehne-Knoten mit den beiden Unterringen verbunden und tragen die Kraft, hauptsächlich den Druck, der von der Außenkapsel 103 ausgeht; und die inneren Sehne-Knoten sind mit den beiden Enden des Nabenschafts 1010102 in einer Dreiecksform durch die entsprechenden zwei radialen Zugstangen 1010103 verbunden. Der Versteifungsring 10101, der auf dem ersten Fachwerk 1010101 basiert, stellt ein stabiles radiales Spannungsausgleichssystem dar, das sicherstellt, dass unter dem Druck oder der Spannung der Außenkapsel 103 die radiale Spannung des Stratosphären-Luftschiffs ausgeglichen wird und es stabil bleibt, ohne Instabilität und Schäden zu verursachen. Darüber hinaus kann der radiale selbstausgleichende Versteifungsring 10101 auch der radialen Kraftkomponente des mit ihm verbundenen String-Sekundärkiels 102 entgegenwirken, was die Verformung des Stratosphären-Luftschiffs weiter begrenzt. Die entgegenwirkende Wirkung des radialen selbstausgleichenden Versteifungsrings 10101 auf den String-Sekundärkiel 102 kann die Anforderung an das Belastungsmaterial in der entsprechenden Richtung des String-Sekundärkiels 102 verringern, was dazu beiträgt, die Menge und das Gewicht des String-Sekundärkiels 102 zu reduzieren.Preferably, the shape of a unit of the first truss 1010101 is triangular; more preferably, two radial pull rods 1010103 have one end connected together to the inner tendon node, and the other two ends separately connected to two ends of the hub shaft 1010102. That is, of the three vertices of the triangular unit of the first truss 1010101, the two outer chord kno ten connected to the two sub-rings and carry the force, mainly the pressure, emanating from the outer capsule 103; and the inner chord nodes are connected to both ends of the hub shaft 1010102 in a triangular shape by the corresponding two radial tie rods 1010103. The stiffening ring 10101, based on the first truss 1010101, represents a stable radial stress balancing system that ensures that under the pressure or stress of the outer capsule 103, the stratospheric airship is balanced in radial tension and remains stable, without instability and damage to cause. In addition, the radial self-balancing stiffening ring 10101 can also counteract the radial force component of the string secondary keel 102 connected to it, which further limits the deformation of the stratospheric airship. The counteracting effect of the radial self-balancing stiffening ring 10101 on the string keel 102 can reduce the load material requirement in the corresponding direction of the string keel 102, which helps to reduce the quantity and weight of the string keel 102.

Es sei darauf hingewiesen, dass die Anzahl der Unterringe des Außenrings 1010104 nicht auf zwei beschränkt ist und je nach den tatsächlichen Gegebenheiten auch mehr Unterringe ausgewählt werden können.It should be noted that the number of sub-rings of the outer ring 1010104 is not limited to two, and more sub-rings can be selected depending on the actual situation.

Die mindestens zwei Unterringe des Außenrings 1010104 des Versteifungsrings 10101, die durch das erste Fachwerk 1010101 verbunden und aufgeweitet sind, und die radialen Zugstangen 1010103, die mit dem inneren Sehne-Knoten und den beiden Enden des Nabenschafts 1010102 verbunden sind, teilen sich die radiale Spannung der Außenkapsel 103 Schicht für Schicht. Infolgedessen wird die von jeder Struktureinheit des Versteifungsrings 10101 getragene Spannung reduziert, so dass es möglich ist, die Menge des verwendeten Materials zu verringern oder leichtere Materialien mit etwas geringeren Spannungseigenschaften zu wählen, was zu einem geringeren Gesamtgewicht des Luftschiffs führt.The at least two sub-rings of the outer ring 1010104 of the stiffening ring 10101 connected and expanded by the first truss 1010101 and the radial tension rods 1010103 connected to the inner chordal node and the two ends of the hub shank 1010102 share the radial tension of the outer capsule 103 layer by layer. As a result, the stress carried by each structural unit of the stiffening ring 10101 is reduced, making it possible to reduce the amount of material used or to choose lighter materials with somewhat lower stress properties, resulting in a lower overall weight of the airship.

Aus demselben Grund trägt der Versteifungsring 10101 die radiale Belastung durch die Außenkapsel 103 fast vollständig, so dass die radiale Belastung des zentralen Achsfachwerks 10102 sehr gering ist. Das heißt, das zentrale Achsfachwerk 10102 muss nur axiale Spannungen, wie z. B. axiale Zugspannungen oder Rotationsspannungen, aufnehmen. Infolgedessen kann die Struktur des zentralen Achsfachwerks 10102, die einer radialen Verformung widersteht, vernachlässigt werden, so dass die Menge des verwendeten Materials reduziert wird, oder es wird ein leichteres Material mit einer etwas geringeren radialen Beanspruchung gewählt, was auch vorteilhaft ist, um das Gesamtgewicht des Luftschiffs zu reduzieren.For the same reason, the stiffening ring 10101 bears the radial load almost entirely through the outer capsule 103, so that the radial load on the central axle framework 10102 is very low. That is, the central axle truss 10102 only needs to withstand axial stresses such as e.g. B. axial tensile stresses or rotational stresses. As a result, the structure of the central axle truss 10102 that resists radial deformation can be neglected, thus reducing the amount of material used, or a lighter material with a slightly lower radial stress is chosen, which is also beneficial to the overall weight of the airship.

Das Stratosphären-Luftschiff hat ein relativ großes Volumen. Aufgrund des Einflusses von Faktoren wie der Beleuchtung ist die Temperatur der Außenkapsel 103 nicht ausgeglichen, so dass die vertikalen Kraftkomponenten in der Längsrichtung des Stratosphären-Luftschiffs ebenfalls unterschiedlich sind, wodurch axiale Spannungen entstehen. Wenn das zentrale Achsfachwerk 10102 einer großen Biegekraft ausgesetzt ist, kann das Stratosphären-Luftschiff instabil werden oder es kann schwierig sein, eine insgesamt realisierbare Vorspannung zu bilden. Vorzugsweise umfasst das zentrale Achsfachwerk 10102 eine Mehrzahl von Abschnitten von schiffchenförmigen zweiten Fachwerken. Die Mehrzahl von Abschnitten der schiffchenförmigen zweiten Fachwerke und die verschiedenen Versteifungsringe 10101 sind in Reihe geschaltet, um ein stabiles, axiales selbstausgleichendes System zu bilden. Wenn sie axialen Zug oder Druck aushalten, sind die mehrfachen Abschnitte der Strukturen für das zentrale Achsfachwerk 10102 in Reihe verbunden, um ein stabiles zentrales Achsfachwerk mit besserer mechanischer Festigkeit zu bilden; und das Funktionsprinzip der schiffchenförmigen Struktur des zentralen Achsfachwerks 10102 ist ähnlich dem des String-Sekundärkiels 102 mit der hohlen, bauchförmigen Struktur.The stratospheric airship has a relatively large volume. Due to the influence of factors such as lighting, the temperature of the outer capsule 103 is not balanced, so the vertical force components in the longitudinal direction of the stratospheric airship are also different, causing axial stress. When the central axle truss 10102 is subjected to a large bending force, the stratospheric airship may become unstable or it may be difficult to establish an overall feasible preload. Preferably, the central axle truss 10102 comprises a plurality of sections of boat-shaped second trusses. The plurality of sections of boat-shaped second trusses and the various stiffening rings 10101 are connected in series to form a stable, axially self-balancing system. When enduring axial tension or compression, the multiple sections of central axle framework structures 10102 are connected in series to form a stable central axle framework with superior mechanical strength; and the operating principle of the boat-shaped structure of the central axle truss 10102 is similar to that of the string secondary keel 102 with the hollow bulbous structure.

Darüber hinaus kann die innere Einheit der zweiten Fachwerke verschiedene Formen aufweisen, vorzugsweise ist sie dreieckig, um eine stabilere Anti-Verformungsstruktur zu bilden.Furthermore, the internal unit of the second trusses can have various shapes, preferably triangular to form a more stable anti-deformation structure.

Ein zentrales Skelett, das durch die verschiedenen Versteifungsringe 10101 und das zentrale Achsfachwerk 10102 gebildet wird, bildet das innere Skelett des Stratosphären-Luftschiffs. Die Außenkapsel 103 ist auf den verschiedenen Versteifungsringen 10101, String-Sekundärkielen 102 und/oder Längszugstangen 10103 aufgelegt und wird zu einer Luftschiffform aufgespannt. Die Kraft, die auf die Außenkapsel 103 oder den Außenring 1010104 ausgeübt wird, wird Schicht für Schicht durch das Selbstausgleichssystem verteilt und auf alle Teile des inneren Skeletts übertragen, was die Gesamtformstabilität des Stratosphären-Luftschiffs bei einem Druck von Null sowie die Gesamtsteifigkeit und Tragfähigkeit bei einem niedrigen Druck verbessert, so dass die mechanische Festigkeit des Stratosphären-Luftschiffs stark verbessert wird.A central skeleton formed by the various stiffening rings 10101 and the central axle framework 10102 forms the inner skeleton of the stratospheric airship. The outer capsule 103 is placed on the various stiffening rings 10101, string secondary keels 102 and/or longitudinal tie rods 10103 and is stretched out to form an airship. The force exerted on the outer capsule 103 or the outer ring 1010104 is distributed layer by layer by the self-balancing system and transmitted to all parts of the inner skeleton, contributing to the overall form stability of the stratospheric airship at zero pressure, as well as the overall rigidity and load capacity a low pressure, so that the mechanical strength of the stratospheric airship is greatly improved.

Der oben erwähnte Kiel 101 hat eine gewisse strukturelle Festigkeit und bildet das Skelett des Stratosphären-Luftschiffs, so dass er auch die Grundform des Stratosphären-Luftschiffs widerspiegelt. Mit den String-Sekundärkielen 102, den Längszugstangen 10103 und dem sich selbst ausgleichenden zentralen Skelett wird grundsätzlich verhindert, dass sich das Volumen der Außenkapsel 103 aufgrund von Änderungen des äußeren atmosphärischen Drucks, Änderungen der atmosphärischen Temperatur oder Erwärmung durch Sonneneinstrahlung übermäßig verändert, so dass eine Volumenänderung zu einer Änderung des Auftriebs führt, und das Stratosphären-Luftschiff folglich im Schwebeflug übermäßig auf- und absteigt.The keel 101 mentioned above has a certain structural strength and forms the skeleton of the stratospheric airship, so that it also reflects the basic shape of the stratospheric airship. With the string secondary keels 102, the longitudinal pull tangen 10103 and the self-balancing central skeleton, the volume of the outer capsule 103 is fundamentally prevented from changing excessively due to changes in external atmospheric pressure, changes in atmospheric temperature or heating from solar radiation, so that a change in volume results in a change in buoyancy, and the stratospheric airship consequently ascends and descends excessively while hovering.

Ausführungsform IIEmbodiment II

Wie in 1 gezeigt, sind in einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Mehrzahl von Innenkapseln 104 innerhalb der Außenkapsel 103 angeordnet, und die Innenkapseln 104 sind mit einem ersten Gas gefüllt, wobei das erste Gas eine geringere Dichte als die von Luft hat. Ähnlich wie bei der Wahl des Materials der Außenkapsel 103 sind die Innenkapseln 104 vorzugsweise aus ultraleichten Folien mit geringer Festigkeit hergestellt; und vorzugsweise umfasst das erste Gas Helium, um einen ausreichenden Auftrieb des Stratosphären-Luftschiffs zu gewährleisten.As in 1 As shown, in another preferred embodiment of the present invention, a plurality of inner capsules 104 are arranged inside the outer capsule 103, and the inner capsules 104 are filled with a first gas, the first gas having a density lower than that of air. Similar to the choice of material for the outer capsule 103, the inner capsules 104 are preferably made from ultra-lightweight, low-strength films; and preferably the first gas comprises helium to ensure sufficient buoyancy of the stratospheric airship.

Wenn das Stratosphären-Luftschiff in der Luft schwebt, kann es aufgrund der Richtungsanpassung oder der Beeinflussung durch äußere Kräfte auf einer Seite auf und ab schwanken. Vorzugsweise sind die Innenkapseln 104 so angeordnet, dass sie das zentrale Achsfachwerk 10102 ringförmig umgeben, um den Massenschwerpunkt zu stabilisieren und das Links-Rechts-Gleichgewicht des Stratosphären-Luftschiffs aufrechtzuerhalten. Da die Innenkapseln 104 ringförmig um das zentrale Achsfachwerk 10102 verteilt sind, wird das erste Gas ringförmig gleichmäßig verteilt. Darüber hinaus kann das erste Gas so betrachtet werden, dass sein Massenschwerpunkt sich auf die Mitte des Rings konzentriert, und der stabile Massenschwerpunkt stellt ein Widerstandsmoment dar, das das Stratosphären-Luftschiff bis zu einem gewissen Grad am Auf- und Abschwingen hindern kann.When the stratospheric airship is hovering in the air, it may sway up and down on one side due to directional adjustment or the influence of external forces. Preferably, the inner pods 104 are arranged to annularly surround the central axle truss 10102 to stabilize the center of mass and maintain the left-right balance of the stratospheric airship. Since the inner capsules 104 are distributed annularly around the central axle framework 10102, the first gas is evenly distributed annularly. In addition, the first gas can be viewed with its center of mass concentrated at the center of the ring, and the stable center of mass represents a drag moment that can to some extent prevent the stratospheric airship from oscillating up and down.

Vorzugsweise ist die Innenkapseln 104 außerdem mit einem Heliumventil 204 versehen, und das Heliumventil 204 ist an der Oberseite der Außenkapsel 103 geöffnet. Bei dieser Anordnung wird das erste Gas im Falle einer geringen oder kleinen Leckage einer Innenkapsel 104, da die Dichte des ersten Gases geringer ist als die der Luft in der Außenkapsel 103, über dem Inneren der Außenkapsel 103 gesammelt, ohne das Gesamtgewicht und den Auftrieb des Stratosphären-Luftschiffs zu beeinträchtigen.Preferably, the inner capsule 104 is also provided with a helium valve 204 and the helium valve 204 is opened at the top of the outer capsule 103 . With this arrangement, in the event of a small or small leakage of an inner capsule 104, since the density of the first gas is less than that of the air in the outer capsule 103, the first gas will be collected over the interior of the outer capsule 103 without the overall weight and buoyancy of the affect stratospheric airship.

Ausführungsform IIIEmbodiment III

Wenn das Luftschiff in der Stratosphäre „superkalt“ ist, kann der von der Außenkapsel 103 ausgehende Druck die Spannungsgrenze des Kiels 101 überschreiten, wodurch der Kiel 101 irreversible Schäden erleidet; und wenn das Luftschiff in der Stratosphäre „superheiß“ ist, kann die vom Kiel 101 ausgehende Spannung die Zuggrenze des Materials der Außenkapsel 103 überschreiten, wodurch die Außenkapsel 103 irreversible Schäden erleidet. Insbesondere wenn die Temperatur in der Stratosphäre sinkt oder wenn kein direktes Sonnenlicht vorhanden ist (z. B. nachts), sinkt auch die Lufttemperatur in der Außenkapsel 103 und der Luftdruck in der Außenkapsel 103. Da die Form des Stratosphären-Luftschiffs jedoch durch den Kiel 101 begrenzt wird, ändert sich die Form des Luftschiffs nicht wesentlich, so dass sich der Auftrieb nicht wesentlich ändert. Dies führt jedoch dazu, dass der Luftdruck im Inneren des Stratosphären-Luftschiffs stärker abnimmt, der niedriger ist als der äußere atmosphärische Druck, was zu einem Unterdruck führt. Der Unterdruck zwingt die Außenkapsel 103, auf den Kiel 101 zu drücken. Wenn der Unterdruck zu groß ist, kann er zu Instabilität oder sogar zur Beschädigung des Stratosphären-Luftschiffs führen. Wenn die Temperatur in der Stratosphäre ansteigt oder wenn die Sonne tagsüber direkt auf das Stratosphären-Luftschiff scheint, steigt die Lufttemperatur in der Außenkapsel 103 an, was zu einem Anstieg des inneren Luftdrucks führt, der höher ist als der äußere atmosphärische Druck, wodurch ein Überdruck entsteht. Aufgrund der begrenzten Form der Außenkapsel 103 erhöht sich jedoch die Zugkraft, die die Außenkapsel 103 trägt. Wenn die von der Außenkapsel getragene Zugkraft die Zuggrenze der Außenkapsel 103 überschreitet, reißt die Außenkapsel 103 und verursacht eine Gefahr.When the airship is "super cold" in the stratosphere, the pressure from the outer capsule 103 may exceed the stress limit of the keel 101, causing the keel 101 to suffer irreversible damage; and when the airship is “super hot” in the stratosphere, the stress from the keel 101 may exceed the tensile strength of the outer pod 103 material, causing the outer pod 103 to suffer irreversible damage. In particular, when the temperature in the stratosphere decreases or when there is no direct sunlight (e.g. at night), the air temperature in the outer capsule 103 and the air pressure in the outer capsule 103 also decrease. However, since the shape of the stratospheric airship by the keel 101 is limited, the shape of the airship does not change significantly, so the lift does not change significantly. However, this causes the air pressure inside the stratospheric airship to decrease more, which is lower than the outside atmospheric pressure, resulting in negative pressure. The negative pressure forces the outer capsule 103 to press on the keel 101. If the negative pressure is too great, it can cause instability or even damage to the stratospheric airship. When the temperature in the stratosphere rises, or when the sun shines directly on the stratospheric airship during the day, the air temperature in the outer capsule 103 rises, resulting in an increase in internal air pressure that is higher than the external atmospheric pressure, creating overpressure arises. However, due to the limited shape of the outer shell 103, the tensile force that the outer shell 103 supports increases. When the tensile force borne by the outer can exceeds the tensile limit of the outer can 103, the outer can 103 is ruptured and causes a hazard.

Anders als bei der Optimierung der Struktur oder des Materials des Kiels 101 und/oder der Außenkapsel 103 ist in dieser Ausführungsform ein Umgebungskontrollsystem, wie in 5 gezeigt, so ausgelegt, dass es die Druckänderung im Arbeitsprozess aktiv kontrolliert. Das Umgebungskontrollsystem ist so konfiguriert, dass es den Luftdruck innerhalb der Außenkapsel 103 zwischen einem eingestellten Unterdruckgrenzwert und einem eingestellten Überdruckgrenzwert einstellt. Optional übersteigt der eingestellte Unterdruckgrenzwert nicht einen Unterdruckwert, der der Druckgrenze des Kiels 101 entspricht, und der Überdruckgrenzwert übersteigt nicht einen Überdruckwert, der der Zuggrenze der Außenkapsel 103 entspricht. Der Grenzwert für den Unterdruck und der Grenzwert für den Überdruck können auch nach anderen Kriterien festgelegt werden, z. B. nach einer dynamischen Steuerung auf der Grundlage der Rückkehr des Luftschiffs und des Schwebewinkels in der Stratosphäre.Unlike the optimization of the structure or the material of the keel 101 and/or the outer capsule 103, in this embodiment an environmental control system as in 5 shown, designed so that it actively controls the pressure change in the work process. The environmental control system is configured to adjust the air pressure within the outer shell 103 between a negative pressure set limit and a positive pressure set limit. Optionally, the set vacuum limit does not exceed a vacuum value corresponding to the keel 101 compression limit and the overpressure limit does not exceed an overpressure value corresponding to the outer pod 103 tensile limit. The limit for the negative pressure and the limit for the positive pressure can also be determined according to other criteria, e.g. B. after a dynamic control based on the return of the airship and the hover angle in the stratosphere.

Das Prinzip der aktiven Druckregelung des Umgebungskontrollsystems wird im Folgenden unter Bezugnahme auf das in 5 dargestellte Layoutdiagramm des Umgebungskontrollsystems näher erläutert. In dieser Ausführungsform umfasst das Umgebungskontrollsystem einen Umgebungskontroller 206, ein Gebläse und/oder ein Luftventil 203; das Gebläse ist an der Außenkapsel 103 installiert; und das Luftventil 203 ist am Unterteil der Außenkapsel 103 installiert.The principle of the active pressure regulation of the environmental control system is explained below with reference to the in 5 illustrated layout diagram of the environmental control system explained in more detail. In this embodiment, the environmental control system includes an environmental controller 206, a fan and/or an air valve 203; the fan is installed on the outer shell 103; and the air valve 203 is installed at the bottom of the outer shell 103.

In Abhängigkeit von der Druckdifferenz innerhalb und außerhalb der Außenkapsel 103 steuert der Umgebungskontroller 206 das Öffnen und Schließen des Gebläses und/oder des Luftventils 203, um das Luftdruckgleichgewicht innerhalb und außerhalb der Außenkapsel 103 einzustellen. Insbesondere, wenn der Überdruck in der Außenkapsel 103 höher ist als der Überdruckgrenzwert, steuert der Umgebungskontroller 206 das Öffnen des Luftventils 203; und die Außenkapsel 103 wird durch den Überdruck angetrieben, um Luft nach außen auszustoßen, und der innere Luftdruck wird reduziert. Wenn der Unterdruck im Inneren der Außenkapsel 103 unter dem Unterdruckgrenzwert liegt, steuert der Umgebungskontroller 206 das Gebläse so, dass es das Innere der Außenkapsel 103 aufbläst, um den Unterdruck im Inneren der Außenkapsel 103 zu verringern. Der Umgebungskontroller 206 steuert das Gleichgewicht zwischen dem Luftdruck im Inneren der Außenkapsel 103 und dem atmosphärischen Außendruck, um die Flugsicherheit des Stratosphären-Luftschiffs zu gewährleisten.Depending on the pressure difference inside and outside the outer shell 103, the environmental controller 206 controls the opening and closing of the fan and/or the air valve 203 to adjust the air pressure balance inside and outside the outer shell 103. In particular, when the overpressure in the outer shell 103 is higher than the overpressure limit, the environmental controller 206 controls the opening of the air valve 203; and the outer shell 103 is driven by the positive pressure to expel air to the outside, and the inner air pressure is reduced. When the negative pressure inside the outer shell 103 is below the negative pressure limit, the environment controller 206 controls the blower to inflate the inside of the outer shell 103 to reduce the negative pressure inside the outer shell 103 . The environmental controller 206 controls the balance between the air pressure inside the outer capsule 103 and the outside atmospheric pressure to ensure the flight safety of the stratospheric airship.

Vorzugsweise umfasst das Gebläse ein große-Höhe-Gebläse 201 und/oder ein geringe-Höhe-Gebläse 202; der Umgebungskontroller 206 wählt das große-Höhe-Gebläse 201 und/oder das geringe-Höhe-Gebläse 202 so aus, dass es entsprechend der Schwebehöhe des Stratosphären-Luftschiffs arbeitet, um Luft in die Außenkapsel 103 einzublasen, so dass der Luftdruck innerhalb und außerhalb der Außenkapsel 103 innerhalb eines bestimmten Bereichs gehalten wird.Preferably, the fan comprises a high-altitude fan 201 and/or a low-altitude fan 202; the environmental controller 206 selects the high-altitude fan 201 and/or the low-altitude fan 202 to operate according to the flying altitude of the stratospheric airship to inject air into the outer capsule 103 so that the air pressure inside and outside of the outer capsule 103 is kept within a certain range.

Vorzugsweise ist der Luftauslass des große-Höhe-Gebläses 201 und/oder des geringe-Höhe-Gebläses 202 mit einer normalerweise geschlossenen Rückschlagklappe versehen, wobei die Rückschlagklappe so konfiguriert ist, dass sie geöffnet wird, wenn die Außenkapsel 103 unter Unterdruck steht und das Gebläse in Betrieb ist, um ein Entweichen von Luft aus der Außenkapsel 103 unter Überdruck oder Nulldruck zu vermeiden.Preferably, the air outlet of the high-altitude fan 201 and/or the low-altitude fan 202 is provided with a normally-closed check valve, the check valve being configured to open when the outer shell 103 is under negative pressure and the blower is in operation to prevent air from escaping the outer capsule 103 under overpressure or zero pressure.

Das Umgebungskontrollsystem kann auch mit einem Differenzdruckmesser 205 ausgestattet sein, um einen Druckdifferenzwert einer Kontaktfläche zwischen der Außenkapsel 103 und dem Kiel 101 zu erfassen. Vorzugsweise ist das Differenzdruckmessgerät 205 an der Unterseite der Außenkapsel 103 angeordnet.The environmental control system can also be equipped with a differential pressure gauge 205 to detect a pressure differential value of a contact surface between the outer shell 103 and the keel 101 . The differential pressure measuring device 205 is preferably arranged on the underside of the outer capsule 103 .

Durch die Steuerung des Aufblasens und Ablassens der Außenkapsel 103 verändert das Umgebungskontrollsystem die Schwerkraft des Stratosphären-Luftschiffs, das sich kaum verformt, und ermöglicht so die Steuerung des Auf- und Abstiegs.By controlling the inflation and deflation of the outer capsule 103, the environmental control system changes the gravity of the stratospheric airship, which hardly deforms, thus enabling the control of ascent and descent.

Der Arbeitsprozess des Umgebungskontrollsystems, das das Stratosphären-Luftschiff in einer Rückkehr- und Landephase steuert, kann wie folgt aussehen:

  • Schritt 1. In einem ersten Höhenbereich der Stratosphäre, wenn der Luftdruck in der Außenkapsel 103 niedriger als ein erster Unterdruck-Grenzwert ist, steuert der Umgebungskontroller 206 das Gebläse zum Aufblasen von Luft in die Außenkapsel 103, um das Gewicht des Stratosphären-Luftschiffs zu erhöhen; unter dem Umstand, dass die Volumenänderung des Stratosphären-Luftschiffs sehr klein ist, nimmt das Gewicht zu, die Schwerkraft ist größer als der Auftrieb, und das Stratosphären-Luftschiff wird langsam sinken; mit abnehmender Höhe nimmt die Außentemperatur der Atmosphäre ab, und der Luftdruck im Inneren der Außenkapsel 103 nimmt ebenfalls ab, so dass das Aufblasen auch dazu beiträgt, den Luftdruck im Inneren der Außenkapsel 103 aufrechtzuerhalten, so dass die Luftdruckdifferenz innerhalb und außerhalb der Außenkapsel 103 in einem ersten vorgegebenen Bereich gehalten wird.
  • Schritt 2. Wenn das Stratosphären-Luftschiff in einen zweiten Höhenbereich absteigt, nimmt die Temperatur der Außenatmosphäre mit abnehmender Höhe zu, so dass der Luftdruck im Inneren der Außenkapsel 103 allmählich in einen Überdruck umschlägt, d.h. der Luftdruck im Inneren der Außenkapsel 103 wird höher als der äußere atmosphärische Druck sein. Zu diesem Zeitpunkt, wenn der Überdruck höher als der erste Überdruck-Grenzwert ist, steuert der Umgebungskontroller 206 das Luftventil 203 zum Öffnen, um eine bestimmte Luftmenge abzulassen. Die Luftdruckdifferenz innerhalb und außerhalb der Außenkapsel 103 wird in einem zweiten vorgegebenen Bereich gehalten, wodurch das Gewicht des Stratosphären-Luftschiffs verringert wird.
The working process of the environmental control system that controls the stratospheric airship in a return and landing phase can be as follows:
  • Step 1. In a first stratospheric altitude range, when the air pressure in the outer capsule 103 is lower than a first negative pressure limit, the environmental controller 206 controls the fan to inflate air into the outer capsule 103 to increase the weight of the stratospheric airship ; under the circumstance that the volume change of the stratospheric airship is very small, the weight increases, the gravity is greater than the buoyancy, and the stratospheric airship will sink slowly; as the altitude decreases, the outside temperature of the atmosphere decreases, and the air pressure inside the outer capsule 103 also decreases, so inflation also helps maintain the air pressure inside the outer capsule 103, so the air pressure difference inside and outside the outer capsule 103 in is held within a first predetermined range.
  • Step 2. When the stratospheric airship descends to a second altitude range, the temperature of the outside atmosphere increases with decreasing altitude, so that the air pressure inside the outer capsule 103 gradually changes to overpressure, i.e. the air pressure inside the outer capsule 103 becomes higher than be the external atmospheric pressure. At this time, if the overpressure is higher than the first overpressure limit, the environmental controller 206 controls the air valve 203 to open to release a certain amount of air. The air pressure difference inside and outside the outer capsule 103 is maintained within a second predetermined range, thereby reducing the weight of the stratospheric airship.

In Anbetracht der Tatsache, dass die Stratosphäre im Allgemeinen 10 bis 50 km über dem Meeresspiegel liegt, ist der zweite Höhenbereich vorzugsweise nicht höher als 10 km.Considering that the stratosphere is generally 10 to 50 km above sea level, the second altitude range is preferably not higher than 10 km.

Der oben beschriebene Vorgang steuert die Rückkehr und die Landung des Stratosphären-Luftschiffs. In umgekehrter Reihenfolge steuert er den Start und das Abheben des Stratosphären-Luftschiffs.The process described above controls the return and landing of the stratospheric airship. He controls the in reverse order Launch and take-off of the stratospheric airship.

Um die Steig- und Sinkgeschwindigkeit des Stratosphären-Luftschiffs zu steuern, kann vorzugsweise die Aufblasrate und/oder die Aufblaszeit des Gebläses zum Aufblasen der Außenkapsel 103 gesteuert werden, oder die Ablassrate und/oder die Ablasszeit des Luftventils 203 kann variiert werden.Preferably, to control the rate of climb and descent of the stratospheric airship, the inflation rate and/or inflation time of the fan for inflating the outer capsule 103 can be controlled, or the deflation rate and/or deflation time of the air valve 203 can be varied.

Zum Beispiel kann in einer absteigenden Stufe von Schritt 2 ein zweiter Überdruckgrenzwert eingestellt werden, und der zweite Überdruckgrenzwert ist kleiner als der erste Überdruckgrenzwert; und wenn der Luftdruck innerhalb der Außenkapsel 103 zwischen dem zweiten Überdruckgrenzwert und dem ersten Überdruckgrenzwert liegt, steuert der Umgebungskontroller 206 das Gebläse zum Aufblasen der Außenkapsel 103. Zu diesem Zeitpunkt ist dies gleichbedeutend mit einer Verringerung der Auspuffwirkung der Außenkapsel 103 und einer weiteren Verringerung des Änderungsgrades der Absenkgeschwindigkeit. Das kombinierte Drucksteuerungsverfahren des Gebläses und des Luftventils 203 kann verschiedene Geschwindigkeitseinstellungseffekte erzielen und ist besonders für die Geschwindigkeitseinstellung des Umgebungskontrollsystems geeignet, das nur das Luftventil 203 mit zwei Zuständen des Öffnens und Schließens und das Gebläse mit einer einzigen Drehgeschwindigkeit hat.For example, in a descending step of Step 2, a second overpressure limit may be set, and the second overpressure limit is less than the first overpressure limit; and when the air pressure inside the outer shell 103 is between the second overpressure limit and the first overpressure limit, the environmental controller 206 controls the blower to inflate the outer shell 103. At this time, this is equivalent to reducing the exhaust efficiency of the outer shell 103 and further reducing the degree of change the lowering speed. The combined pressure control method of the fan and the air valve 203 can achieve various speed adjustment effects, and is particularly suitable for the speed adjustment of the environmental control system, which only has the air valve 203 with two states of opening and closing and the fan with a single rotation speed.

Die Einstellkriterien für den ersten Überdruck-Grenzwert und den ersten Unterdruck-Grenzwert können auf den Dehnungsgrenzen der Materialien der Außenkapsel 103 und des Kiels 101 beruhen oder auf einer dynamischen Funktion, die basierend auf der Auf- und Abstiegsgeschwindigkeit gesteuert wird.The adjustment criteria for the first overpressure limit and the first underpressure limit can be based on the yield strengths of the materials of the outer capsule 103 and the keel 101 or on a dynamic function controlled based on the rate of ascent and descent.

Außerdem werden die Werte des ersten und des zweiten vorgegebenen Bereichs idealerweise so eingestellt, dass die Außenkapsel 103 in einem Zustand des Luftdruckgleichgewichts bleibt. Um ein häufiges Aufblasen und Ablassen zu vermeiden, kann der erste vorgegebene Bereich und/oder der zweite vorgegebene Bereich vorzugsweise auf Nulldruck, leichten Überdruck und leichten Unterdruck eingestellt werden. Die Luftdruckabweichung des leichten Überdrucks und des leichten Unterdrucks gegenüber dem Nulldruck kann auf ±1 % -5% eingestellt werden.In addition, the values of the first and second predetermined ranges are ideally set such that the outer shell 103 remains in a state of air pressure equilibrium. In order to avoid frequent inflation and deflation, the first predetermined range and/or the second predetermined range can preferably be set to zero pressure, slightly positive pressure and slightly negative pressure. The air pressure deviation of the slight overpressure and the slight underpressure from the zero pressure can be adjusted to ±1%-5%.

Wenn das Umgebungskontrollsystem den Schwebeflug des Stratosphären-Luftschiffs steuert, ist das Prinzip ähnlich, und das Luftgebläse und/oder das Luftventil 203 werden durch das Umgebungskontrollsystem gesteuert, um den Luftdruck innerhalb und außerhalb der Außenkapsel 103 auszugleichen.When the environmental control system controls the hovering of the stratospheric airship, the principle is similar, and the air blower and/or the air valve 203 are controlled by the environmental control system to equalize the air pressure inside and outside the outer capsule 103.

Ausführungsform IVEmbodiment IV

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind am Unterteil des Stratosphären-Luftschiffs Luftkissen 107 vorgesehen, um zu verhindern, dass das Stratosphären-Luftschiff mit einem großen Landestoß auf den Boden zurückkehrt. Die Luftkissen 107 sind so gestaltet, dass sie aufblasbar und einziehbar sind. Die Luftkissen 107 sind vorzugsweise an der Außenkapsel 103 direkt unterhalb der Versteifungsringe 10101 angeordnet. In Anbetracht des großen Volumens des Stratosphären-Luftschiffs sind vorzugsweise mindestens vier Luftkissen 107 vorhanden, die gleichmäßig am unteren Bauchteil der Außenkapsel 103 angeordnet sind.In another preferred embodiment of the present invention, air bags 107 are provided at the bottom of the stratospheric airship to prevent the stratospheric airship from returning to the ground with a large landing. The airbags 107 are designed to be inflatable and retractable. The air cushions 107 are preferably arranged on the outer capsule 103 directly below the stiffening rings 10101. Considering the large volume of the stratospheric airship, there are preferably at least four airbags 107 evenly arranged at the lower belly portion of the outer capsule 103.

Um die aerodynamische Leistung des Stratosphären-Luftschiffs zu gewährleisten, werden die Luftkissen 107 während der Reisephase des Luftschiffs aufgelagert und zusammengefaltet; bei der Rückkehr und der Landung wird das Luftschiff erst dann auf den Auslegungsdruck aufgeblasen, wenn es sich 1 km über dem Boden befindet.In order to ensure the aerodynamic performance of the stratospheric airship, the airbags 107 are deployed and collapsed during the cruising phase of the airship; on return and landing, the airship will not be inflated to design pressure until it is 1 km above the ground.

Ausführungsform VEmbodiment V

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Stratosphären-Luftschiff auch mit einem Antriebssystem ausgestattet.In another preferred embodiment of the present invention, the stratospheric airship is also provided with a propulsion system.

Wie in 6 gezeigt, umfasst das Antriebssystem ein Hecktriebwerk 302; und eine Antriebssteuerung des Antriebssystems ist so konfiguriert, dass sie das Hecktriebwerk 302 steuert. Das Hecktriebwerk 302 ist in einem Heckbereich des Stratosphären-Luftschiffs angeordnet und an der Außenfläche der Außenkapsel 103 installiert. Vorzugsweise ist das Hecktriebwerk 302 am Ende des Stratosphären-Luftschiffs in Längsrichtung installiert, um den längsten Kraftarm zu erhalten. Je länger der Kraftarm ist, desto größer ist das Drehmoment. Daher kann das Hecktriebwerk 302, auch wenn es eine relativ geringe Leistung hat, leicht den Neigungsflugzustand des Stratosphären-Luftschiffs ändern oder dem Stratosphären-Luftschiff helfen, die Richtung zu ändern.As in 6 As shown, the propulsion system includes a rear engine 302; and a propulsion controller of the propulsion system is configured to control the rear engine 302 . The tail engine 302 is arranged in a tail portion of the stratospheric airship and installed on the outer surface of the outer capsule 103 . Preferably, the tail engine 302 is installed longitudinally at the end of the stratospheric airship to obtain the longest power arm. The longer the power arm, the greater the torque. Therefore, even if the tail engine 302 has a relatively small power, it can easily change the pitch flight state of the stratospheric airship or help the stratospheric airship to change direction.

Um die Lenkfähigkeit des Stratosphären-Luftschiffs zu verbessern, können vorzugsweise auch Seitentriebwerke 301 vorgesehen werden, die die Richtungsanpassung der horizontalen Richtung des Stratosphären-Luftschiffs unterstützen, z. B. eine U-Drehung oder eine axiale Drehung. Die Seitentriebwerke 301 werden ebenfalls von der Antriebssteuerung gesteuert. Vorzugsweise befinden sich eine Mehrzahl von Paaren von Seitentriebwerke 301 an der Kopf- oder Mittelposition der Außenkapsel 103 und sind symmetrisch in Bezug auf eine vertikale Achsebene des zentralen Achsfachwerks 10102 verteilt. Außerdem steht eine imaginäre Ebene, die durch die Verbindungslinien einer Mehrzahl von Seitentriebwerken 301 gebildet wird, senkrecht zu den Ebenen, in denen die Versteifungsringe 10101 angeordnet sind.In order to improve the steering ability of the stratospheric airship, side thrusters 301 can preferably also be provided, which support the direction adjustment of the horizontal direction of the stratospheric airship, e.g. B. a U-turn or an axial rotation. The side engines 301 are also controlled by the drive control. Preferably, a plurality of pairs of side thrusters 301 are located at the head or center position of the outer pod 103 and are symmetrical with respect to each other distributed on a vertical axial plane of the central axle truss 10102. In addition, an imaginary plane formed by the connecting lines of a plurality of side engines 301 is perpendicular to the planes in which the stiffening rings 10101 are arranged.

Vorzugsweise verwenden die Seitentriebwerke 301 Vektorsteuerungstechniken, um die Steuerung von Neigung und Lenkung weiter zu unterstützen. In Anbetracht der Arbeitsumgebung des Luftschiffs in der Stratosphäre verwenden das Hecktriebwerk 302 und/oder die Seitentriebwerke 301 vorzugsweise eine technische Lösung für den Antrieb der Höhenpropeller durch einen Höhenmotor.Preferably, the thrusters 301 use vector control techniques to further aid in pitch and steering control. Considering the working environment of the airship in the stratosphere, the stern engine 302 and/or the side engines 301 preferably use a technical solution for driving the high-altitude propellers by an high-altitude motor.

Außerdem können im Heckbereich des Stratosphären-Luftschiffs Leitwerke 105 vorgesehen sein, die so konfiguriert sind, dass sie zur Stabilisierung der Fluglage des Stratosphären-Luftschiffs beitragen. Wie in 2 gezeigt, sind zwei Paare von Leitwerken 105 ohne Ruderflächen an der Außenfläche der Außenkapsel 103 in einer X-förmigen Anordnung angeordnet; vorzugsweise sind die Leitwerke 105 aufblasbare Leitwerke.In addition, fins 105 may be provided in the rear of the stratospheric airship, which are configured to help stabilize the attitude of the stratospheric airship. As in 2 As shown, two pairs of empennages 105 without control surfaces are arranged on the outer surface of the outer pod 103 in an X-shaped arrangement; preferably, the tailplanes 105 are inflatable tailplanes.

Ausführungsform VIEmbodiment VI

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Stratosphären-Luftschiff zur Verlängerung der Flugzeit mit einem Energiesystem ausgestattet, beispielsweise einem System für erneuerbare Energien, insbesondere einem Solar-Batterie-System.In a further preferred embodiment of the present invention, the stratospheric airship is equipped with an energy system for extending the flight time, for example a system for renewable energy, in particular a solar battery system.

Wie in 6 gezeigt, bedeckt eine Solarenergie-Sammelplatte 401 die Außenkapsel 103, zumindest die Oberseite, so dass sie der Sonne zugewandt ist. Die von der Solarenergie-Sammelplatte 401 gewonnene elektrische Energie wird über Drähte zur Speicherung an die Batterie übertragen, und die Batterie liefert Energie für das Umgebungskontrollsystem und das Antriebssystem. Wenn Licht vorhanden ist, wandelt die Solarenergie-Sammelplatte 401 Lichtenergie in elektrische Energie um, und die Batterie speichert die elektrische Energie, während sie die elektrische Energie für die Stromversorgung verwendet; wenn kein Licht vorhanden ist, verbraucht die Batterie die gespeicherte elektrische Energie für die Stromversorgung. Die technische Lösung des Solar-Batterie-Systems kann die Energiequelle, die das Stratosphären-Luftschiff mitführen muss, reduzieren, was einer Erhöhung der Energiereserve und einer Verringerung des Gesamtgewichts gleichkommt, wodurch sich die Zeit, die das Stratosphären-Luftschiff kontinuierlich in der Luft bleibt, erheblich verlängert.As in 6 As shown, a solar energy collection plate 401 covers the outer shell 103, at least the top so that it faces the sun. The electric power generated by the solar power collection panel 401 is transmitted through wires to the battery for storage, and the battery provides power for the environmental control system and the propulsion system. When there is light, the solar energy collection panel 401 converts light energy into electric energy, and the battery stores the electric energy while using the electric energy for power supply; when there is no light, the battery uses the stored electrical energy for power supply. The technical solution of the solar battery system can reduce the energy source that the stratospheric airship needs to carry, which is equivalent to increasing the energy reserve and reducing the overall weight, thereby increasing the time that the stratospheric airship stays in the air continuously , considerably lengthened.

Unterhalb des Stratosphären-Luftschiffs kann auch eine Gondel 106, wie in 2 dargestellt, vorgesehen werden; und die Batterie kann in der Gondel 106 untergebracht werden. Vorzugsweise ist die Gondel 106 direkt unter einem bestimmten Versteifungsring 10101 mit der Außenkapsel 103 verbunden.A gondola 106 can also be installed below the stratospheric airship, as in 2 shown, to be provided; and the battery can be housed in the nacelle 106. Preferably, the nacelle 106 is connected to the outer shell 103 directly under a given stiffening ring 10101 .

Die bevorzugten spezifischen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden oben ausführlich beschrieben. Es versteht sich von selbst, dass ein Fachmann in der Lage wäre, verschiedene Modifikationen und Variationen gemäß dem Konzept der vorliegenden Erfindung vorzunehmen, ohne dass dies einen erfinderischen Aufwand erfordert. Daher sollte jede technische Lösung, die von einem Fachmann durch logische Analyse, Überlegungen oder begrenzte Versuche auf der Grundlage des Standes der Technik und gemäß dem Konzept der vorliegenden Erfindung erzielt werden kann, in den durch die Ansprüche definierten Schutzbereich fallen.The preferred specific embodiments of the present invention have been described in detail above. It goes without saying that one skilled in the art would be able to make various modifications and variations in accordance with the concept of the present invention without the use of the inventive effort. Therefore, any technical solution that can be achieved by a person skilled in the art through logical analysis, reasoning or limited experimentation based on the state of the art and according to the concept of the present invention should fall within the scope of protection defined by the claims.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

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Claims (20)

Stratosphären-Luftschiff mit einer großen starr- und-flexibel integrierten Struktur, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Außenkapsel und einen Kiel umfasst, wobei die Außenkapsel den Kiel bedeckt; der Kiel ein zentralen Achsfachwerk, Versteifungsringe und einen String-Sekundärkiel umfasst; das zentrale Achsfachwerk sich entlang der Längsrichtung des Stratosphären-Luftschiffs erstreckt; die Vielzahl von Versteifungsringe koaxial angeordnet sind und die Versteifungsringe koaxial mit dem zentralen Achsfachwerk angeordnet sind; die Mitten der Versteifungsringe mit dem zentralen Achsfachwerk verbunden sind; und der String-Sekundärkiel mit Außenringen von Benachbarten der Versteifungsringe in einem Kopfbereich des Stratosphären-Luftschiffs verbunden ist.Stratospheric airship with a large rigid-flexible integrated structure, characterized in that it comprises an outer capsule and a keel, the outer capsule covering the keel; the keel comprises a central axle framework, stiffening rings and a string secondary keel; the central axle truss extends along the longitudinal direction of the stratospheric airship; the plurality of stiffening rings are arranged coaxially and the stiffening rings are arranged coaxially with the central axle framework; the centers of the stiffening rings are connected to the central axle framework; and the string secondary keel is connected to outer rings of adjacent ones of the stiffening rings in a head region of the stratospheric airship. Stratosphären-Luftschiff mit einer großen starr- und-flexibel integrierten Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der String-Sekundärkiel eine äußere String-Zugstange und eine innere String-Zugstange umfasst, wobei die äußere String-Zugstange und die innere String-Zugstange einen hohlen Bauchraum bilden; und die äußere String-Zugstange in Kontakt mit der Innenfläche der Außenkapsel ist.Stratospheric airship with a large rigid-flexible integrated structure claim 1 characterized in that the string secondary keel comprises an outer string tension rod and an inner string tension rod, the outer string tension rod and the inner string tension rod forming a hollow abdomen; and the outer string tension rod is in contact with the inner surface of the outer shell. Stratosphären-Luftschiff mit einer großen starr- und-flexibel integrierten Struktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der String-Sekundärkiel ferner Stützstäbe umfasst, wobei die Stützstäbe an einem Bauchteil des String-Sekundärkiels angeordnet sind und die Stützstäbe die äußere String-Zugstange und die innere String-Zugstange miteinander verbinden.Stratospheric airship with a large rigid-flexible integrated structure claim 2 , characterized in that the string secondary keel further comprises support rods, the support rods being arranged at a belly part of the string secondary keel, the support rods connecting the outer string tension rod and the inner string tension rod to each other. Stratosphären-Luftschiff mit einer großen starr- und-flexibel integrierten Struktur nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Stützstäben parallel zueinander angeordnet sind.Stratospheric airship with a large rigid-flexible integrated structure claim 3 , characterized in that the plurality of support rods are arranged parallel to each other. Stratosphären-Luftschiff mit einer großen starr- und-flexibel integrierten Struktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kiel ferner Längszugstangen umfasst und die Längszugstangen mit Außenringen Benachbarter der Versteifungsringe verbunden sind, wobei die Längszugstangen im Kopfbereich des Stratosphären-Luftschiffs angeordnet sind und die zwei Enden der Längszugstange in jeweils zugeordneter Weise mit dem Kopfende und dem Schwanzende des String-Sekundärkiels verbunden sind.Stratospheric airship with a large rigid-flexible integrated structure claim 2 , characterized in that the keel further comprises longitudinal tie rods and the longitudinal tie rods are connected to outer rings of adjacent ones of the stiffening rings, the longitudinal tie rods being arranged in the head region of the stratospheric airship and the two ends of the longitudinal tie rod being respectively associated with the head end and the tail end of the string -Secondary keel connected. Stratosphären-Luftschiff mit einer großen starr-und-flexibel integrierten Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring zwei Unterringe und erste Fachwerke umfasst; die ersten Fachwerke entlang des Innenumfangs des Außenrings verteilt ist; die beiden Unterringe durch die ersten Fachwerke verbunden und aufgeweitet sind; die ersten Fachwerke einen inneren Sehne-Knoten und einen äußeren Sehne-Knoten umfassen; der innere Sehne-Knoten mit dem zentralen Achsfachwerk durch eine radiale Zugstange verbunden ist; der äußere Sehne-Knoten das erste Fachwerk und die beiden Unterringe verbindet; und der String-Sekundärkiel und der Außenring durch den äußeren Sehne-Knoten verbunden sind.Stratospheric airship with a large rigid-flexible integrated structure claim 1 , characterized in that the outer ring comprises two sub-rings and first trusses; the first trusses are distributed along the inner circumference of the outer ring; the two subrings are connected and widened by the first trusses; the first trusses comprise an inner chord node and an outer chord node; the inner chord node is connected to the central axle truss by a radial tie rod; the outer chord-knot connecting the first truss and the two sub-rings; and the string secondary keel and the outer ring are connected by the outer chord knot. Stratosphären-Luftschiff mit einer großen starr-und-flexibel integrierten Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zentrale Achsfachwerk eine Mehrzahl von Sätzen von schiffchenförmigen zweiten Fachwerken umfasst und die zweiten Fachwerke Benachbarte der Versteifungsringe verbinden; und die Form einer inneren Einheit des zweiten Fachwerks ein Dreieck umfasst.Stratospheric airship with a large rigid-flexible integrated structure claim 1 characterized in that the central axle truss comprises a plurality of sets of boat-shaped second trusses and the second trusses connect adjacent ones of the stiffening rings; and the shape of an inner unit of the second truss comprises a triangle. Stratosphären-Luftschiff mit einer großen starr-und-flexibel integrierten Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner eine Innenkapsel umfasst, wobei die Innenkapsel innerhalb der Außenkapsel angeordnet ist; und die Innenkapsel mit einem ersten Gas gefüllt ist, wobei das erste Gas eine geringere Dichte als die von Luft aufweist.Stratospheric airship with a large rigid-flexible integrated structure claim 1 , characterized in that it further comprises an inner capsule, the inner capsule being arranged inside the outer capsule; and the inner capsule is filled with a first gas, the first gas having a density lower than that of air. Stratosphären-Luftschiff mit einer großen starr-und-flexibel integrierten Struktur nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenkapsel das zentrale Achsfachwerk ringförmig umgibt.Stratospheric airship with a large rigid-flexible integrated structure claim 8 , characterized in that the inner capsule surrounds the central axis framework ring-shaped. Stratosphären-Luftschiff mit einer großen starr-und-flexibel integrierten Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner ein Umgebungssteuerungssystem umfasst, wobei das Umgebungssteuerungssystem so konfiguriert ist, dass es den Luftdruck in der Außenkapsel steuert.Stratospheric airship with a large rigid-flexible integrated structure claim 1 , characterized in that it further comprises an environmental control system, the environmental control system being configured to control the air pressure in the outer capsule. Stratosphären-Luftschiff mit einer großen starr-und-flexibel integrierten Struktur nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Umgebungssteuerungssystem so konfiguriert ist, dass es den Luftdruck in der Außenkapsel zwischen einem eingestellten Unterdruck-Grenzwert und einem eingestellten Überdruck-Grenzwert hält.Stratospheric airship with a large rigid-flexible integrated structure claim 10 , characterized in that the environmental control system is configured to maintain the air pressure in the outer capsule between a set under pressure limit and a set over pressure limit. Stratosphären-Luftschiff mit einer großen starr-und-flexibel integrierten Struktur nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterdruck-Grenzwert so eingestellt ist, dass er einen Unterdruckwert nicht überschreitet, der der Druckgrenze des Kiels entspricht, und der Überdruck-Grenzwert so eingestellt ist, dass er einen Überdruckwert nicht überschreitet, der der Zuggrenze der Außenkapsel entspricht.Stratospheric airship with a large rigid-flexible integrated structure claim 11 , characterized in that the vacuum limit is set not to exceed a vacuum value corresponding to the pressure limit of the keel, and the over pressure limit is set so that it does not exceed an overpressure value that corresponds to the tensile limit of the outer capsule. Stratosphären-Luftschiff mit einer großen starr-und-flexibel integrierten Struktur nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Umgebungskontrollsystem ein Luftventil umfasst; das Luftventil am Unterteil der Außenkapsel angeordnet ist; und das Luftventil so konfiguriert ist, dass die Außenkapsel in einem Überdruckzustand nach außen entlüftet werden kann.Stratospheric airship with a large rigid-flexible integrated structure claim 10 , characterized in that the environmental control system comprises an air valve; the air valve is located at the bottom of the outer shell; and the air valve is configured to allow the outer shell to be vented to the outside in a positive pressure condition. Stratosphären-Luftschiff mit einer großen starr-und-flexibel integrierten Struktur nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Umgebungssteuerungssystem ferner ein Gebläse umfasst; das Gebläse an der Außenkapsel installiert ist; und das Gebläse so konfiguriert ist, dass es die Außenkapsel in einem Unterdruckzustand aufbläst.Stratospheric airship with a large rigid-flexible integrated structure claim 10 , characterized in that the environmental control system further comprises a fan; the blower is installed on the outer capsule; and the blower is configured to inflate the outer shell in a negative pressure condition. Stratosphären-Luftschiff mit einer großräumigen starr-und-flexibel integrierten Struktur nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebläse ein große-Höhe-Gebläse und/oder ein geringe-Höhe-Gebläse umfasst.Stratospheric airship with a large-scale rigid-flexible integrated structure Claim 14 , characterized in that the fan comprises a high-altitude fan and/or a low-altitude fan. Stratosphären-Luftschiff mit einer großräumigen starr-und-flexibel integrierten Struktur nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Luftauslass des Gebläses mit einer Rückschlagklappe versehen ist.Stratospheric airship with a large-scale rigid-flexible integrated structure claim 15 , characterized in that an air outlet of the fan is provided with a non-return valve. Stratosphären-Luftschiff mit einer großräumigen starr-und-flexibel integrierten Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner ein Luftkissen umfasst, wobei das Luftkissen so konfiguriert ist, dass es am Unterteil des Stratosphären-Luftschiffs gelagert wird.Stratospheric airship with a large-scale rigid-flexible integrated structure claim 1 , characterized in that it further comprises an air bag, the air bag being configured to be supported on the bottom of the stratospheric airship. Stratosphären-Luftschiff mit einer großen starr-und-flexibel integrierten Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner eine Batterie umfasst, wobei die Batterie in einer Gondel untergebracht ist und sich die Gondel unter dem Stratosphären-Luftschiff befindet; und die Batterie elektrisch mit einer Solarenergie-Sammelplatte verbunden ist.Stratospheric airship with a large rigid-flexible integrated structure claim 1 characterized in that it further comprises a battery, the battery being housed in a nacelle, the nacelle being under the stratospheric airship; and the battery is electrically connected to a solar energy collection panel. Stratosphären-Luftschiff mit einer großen starr-und-flexibel integrierten Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner ein Antriebssystem umfasst, wobei das Antriebssystem ein Hecktriebwerk und/oder Seitentriebwerke umfasst; das Hecktriebwerk an der Außenfläche der Außenkapsel in einem Heckbereich des Stratosphären-Luftschiffs befestigt ist; die Seitentriebwerke an einer Kopf- und/oder Mittelposition des Stratosphären-Luftschiffs befestigt sind und die Seitentriebwerke symmetrisch auf der linken und rechten Seite in Bezug auf eine axiale Richtung des zentrale Achsfachwerks verteilt sind; und die Seitentriebwerke und/oder das Hecktriebwerk Höhenpropeller umfassen/umfasst, die durch einen Höhenmotor angetrieben werden.Stratospheric airship with a large rigid-flexible integrated structure claim 1 , characterized in that it further comprises a propulsion system, wherein the propulsion system comprises a rear engine and/or side engines; the tail engine is attached to the outer surface of the outer pod in a tail portion of the stratospheric airship; the side engines are fixed at a head and/or middle position of the stratospheric airship and the side engines are distributed symmetrically on the left and right sides with respect to an axial direction of the central axle truss; and the side engines and/or the tail engine comprise/includes high-altitude propellers driven by an high-altitude motor. Stratosphären-Luftschiff mit einer großen starr-und-flexibl integrierten Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner zwei Paare von Leitwerken umfasst, wobei die beiden Paare von Leitwerken in einem Heckbereich des Stratosphären-Luftschiffs angeordnet sind und eine X-förmige Anordnung aufweisen.Stratospheric airship with a large rigid-flexible integrated structure claim 1 , characterized in that it further comprises two pairs of tailplanes, the two pairs of tailplanes being arranged in a rear area of the stratospheric airship and having an X-shaped arrangement.
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