专利名称：超压碟形浮升一体飞行器的制作方法
技术领域：
本发明涉及飞行器技术领域，尤其涉及一种应用于临近空间飞行的超压碟形浮升一体飞行器。
背景技术：
目前飞行器在实现飞行的技术手段上，往往以单一形式为主，例如固定翼飞机、直升机等是以机翼和旋桨产生的升力供其完成飞行，而飞艇等浮空器则是通过内部填充的浮升气体所产生的浮力供其完成飞行，二者的缺陷均在于其升力形式单一，一旦其升力形式失效则无法提供有效的补救措施，进而造成不可弥补的损失。现有技术之所以存在这些缺陷，主要是因为此类设计基本能够满足人们目前的正常使用要求，比如飞机通常在I万米左右的高度开展飞行，传统飞艇飞行高度则更低，通过·现有技术均已经能够实现。但对于今后开展更高高度的临近空间飞行，如3万米左右高度的飞行，现有技术将存在诸多困难，只有探究新技术才有可能实现，本发明超压碟形浮升一体飞行器的设计理念也正是基于此。
发明内容
(一 )要解决的技术问题有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种应用于临近空间飞行的超压碟形浮升一体飞行器，以解决传统飞行器升力形式单一这一问题。( 二 )技术方案为达到上述目的，本发明提供了一种超压碟形浮升一体飞行器，包括艇体；设置于艇体表面的太阳能电池；设置于艇体侧面的艇上推进单元；设置于艇体下方与艇体连接的设备舱；以及设置于设备舱侧面的设备舱推进单元。上述方案中，所述艇体采用组合式构型，上半部分为椭球形，下半部分为碟形，上半部分与下半部分之间采用一体成型工艺或无风焊接工艺进行连接。上述方案中，所述艇体内部设置有副气囊，副气囊体积小于传统飞艇副气囊体积，减小部分通过超压技术予以弥补。上述方案中，通过在所述艇体内部设置多个柔性隔层，同时辅助一系列承力线缆来实现该飞行器的超压。上述方案中，所述艇体通过内充的氦气为该飞行器提供浮力，保持该飞行器滞空。上述方案中，所述太阳能电池设置于艇体的顶部表面，且通过粘合方式与艇体连接。上述方案中，所述太阳能电池作为能源供给单元为该飞行器进行供电，将白天产生的电能分为两部分，一部分维持该飞行器白天使用，另一部分存储进安装于设备舱内的燃料电池，供该飞行器夜间使用。上述方案中，所述艇上推进单元用于控制飞行器的偏航及辅助前进，包括对称地设置于艇体四周的第一螺旋桨、第二螺旋桨、第三螺旋桨和第四螺旋桨，以及四个艇体推进电机和四个艇体倾转电机，其中，每个螺旋桨对应配置有一个艇体推进电机和一个艇体倾转电机。上述方案中，所述艇上推进单元与艇体之间通过绑扎和刚性的方式连接。上述方案中，所述设备舱内安装有各种仪器设备，至少包括燃料电池、飞控仪器和测控仪器，用于完成对该飞行器的各种操作和控制。上述方案中，所述设备舱通过艇体设备舱连接件与艇体连接，该艇体设备舱连接件用于保证该飞行器整体的稳定性，包括一刚性连接件和多个柔性连接件，该刚性连接件设置于设备舱与艇体之间的中心轴线上，该多个柔性连接件设置于该刚性连接件四周。上述方案中，所述设备舱推进单元用于控制飞行器的俯仰及辅助前进，包括对称地设置于设备舱四周的第五螺旋桨、第六螺旋桨、第七螺旋桨和第八螺旋桨，以及四个艇体推进电机和四个艇体倾转电机，其中，每个螺旋桨对应配置有一个艇体推进电机和一个艇体倾转电机。·上述方案中，所述设备舱推进单元与设备舱之间通过绑扎和刚性的方式连接。上述方案中，所述艇上推进单元与所述设备舱推进单元是控制该飞行器的执行机构，通过其产生的推进力保证飞行器升降、前进、转弯和锚泊。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果I、本发明提供的超压碟形浮升一体飞行器，通过飞行器新构形的设计来解决了传统飞行器升力形式单一这一问题，即通过浮空器自身的浮力和碟状构型所能产生的升力，两者结合互为补充，使得飞行器具备浮升一体式设计，进而达到飞行器能够升空、并完成滞空飞行的目的。2、本发明提供的超压碟形浮升一体飞行器，与常规的浮空器相比，其浮升工作原理同时依靠氦气提供的浮力和自身构型提供的升力，这样一方面减轻了飞行器对于浮力的依赖，另一方面也充分发挥了构型自身的特点，这是传统设计所不曾具备的。3、本发明提供的超压碟形浮升一体飞行器，将超压技术应用到副气囊的设计上，通过超压技术使得副气囊占系统整体的比例有所减少，这样就在一定程度上增加了主气囊的比例，进而增加系统的有效升力，这是对现有技术的完善和补充。4、本发明提供的超压碟形浮升一体飞行器，在控制方面通过安装在艇体和设备舱上的推进器来完成姿态控制，即改变了系统的基本控制模式和控制策略，是一种新的尝试。
图I是本发明采用的前进控制原理示意图。图2是本发明提供的超压碟形浮升一体飞行器的结构示意图。图3是本发明提供的超压碟形浮升一体飞行器在能源方面的原理示意图。附图标记说明I太阳能电池，2艇体，3第一螺旋桨，4第二螺旋桨，5第三螺旋桨，6刚性连接件，7柔性连接件，8设备舱，9第五螺旋桨，10第六螺旋桨，11第七螺旋桨，3-1第一艇体推进电机，3-2第一艇体倾转电机，4-1第二艇体推进电机，4-2第二艇体倾转电机，5-1第三艇体推进电机，5-2第三艇体倾转电机，9-1第五艇体推进电机，9-2第五艇体倾转电机，10-1第六艇体推进电机，10-2第六艇体倾转电机，11-1第七艇体推进电机和11-2第七艇体倾转电机。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。首先，针对本发明提供的超压碟形浮升一体飞行器涉及的超压技术和飞行原理予以详细说明。I)超压技术根据理想状体气体方程·
PV = nRT = ^-RT(LI)
M假定飞艇在滞空高度上总体积V保持不变，压力增加，则AP V = —RT( \ 2)
M其中，M是氦气的摩尔质量，Am是氦气重量的改变量；因为Am = AV · P He(0)代入上式I. 2可得
RTAP = j^AV pHe(0)(1.3)这里令
RT则I. 3式中的可简化为
M
DrJ'- = Rih,.T(1.4)
m又根据I. I XPV=-RT可得:P=爹·Α·7. = ρΑ7.
^ Pn这里M按空气的摩尔质量计算，则可得Γ = ^■，其中PaP a对应同一高度；故I. 3式中的#可再次化简为
M
RT u 7, .. P, P, R11.= Rue · I = ·TT- =(L 5)
MRp p R
d 厂 U>uU=—
Pa PHeO将上式I. 5代入I. 3式后，可得
「 I Λη RT、'rAV RT ,、AP =-AV · p,,r,0 =——· — · pH . (I. 6)
MVV M
权利要求
1.一种超压碟形浮升一体飞行器，其特征在于，包括 艇体； 设置于艇体表面的太阳能电池； 设置于艇体侧面的艇上推进单元； 设置于艇体下方与艇体连接的设备舱；以及 设置于设备舱侧面的设备舱推进单元。
2.根据权利要求I所述的超压碟形浮升一体飞行器，其特征在于，所述艇体采用组合式构型，上半部分为椭球形，下半部分为碟形，上半部分与下半部分之间采用一体成型工艺或无风焊接工艺进行连接。
3.根据权利要求I所述的超压碟形浮升一体飞行器，其特征在于，所述艇体内部设置有副气囊，副气囊体积小于传统飞艇副气囊体积，减小部分通过超压技术予以弥补。
4.根据权利要求I所述的超压碟形浮升一体飞行器，其特征在于，通过在所述艇体内部设置多个柔性隔层，同时辅助一系列承力线缆来实现该飞行器的超压。
5.根据权利要求I所述的超压碟形浮升一体飞行器，其特征在于，所述艇体通过内充的氦气为该飞行器提供浮力，保持该飞行器滞空。
6.根据权利要求I所述的超压碟形浮升一体飞行器，其特征在于，所述太阳能电池设置于艇体的顶部表面，且通过粘合方式与艇体连接。
7.根据权利要求I所述的超压碟形浮升一体飞行器，其特征在于，所述太阳能电池作为能源供给单元为该飞行器进行供电，将白天产生的电能分为两部分，一部分维持该飞行器白天使用，另一部分存储进安装于设备舱内的燃料电池，供该飞行器夜间使用。
8.根据权利要求I所述的超压碟形浮升一体飞行器，其特征在于，所述艇上推进单元用于控制飞行器的偏航及辅助前进，包括对称地设置于艇体四周的第一螺旋桨、第二螺旋桨、第三螺旋桨和第四螺旋桨，以及四个艇体推进电机和四个艇体倾转电机，其中，每个螺旋桨对应配置有一个艇体推进电机和一个艇体倾转电机。
9.根据权利要求I所述的超压碟形浮升一体飞行器，其特征在于，所述艇上推进单元与艇体之间通过绑扎和刚性的方式连接。
10.根据权利要求I所述的超压碟形浮升一体飞行器，其特征在于，所述设备舱内安装有各种仪器设备，至少包括燃料电池、飞控仪器和测控仪器，用于完成对该飞行器的各种操作和控制。
11.根据权利要求I所述的超压碟形浮升一体飞行器，其特征在于，所述设备舱通过艇体设备舱连接件与艇体连接，该艇体设备舱连接件用于保证该飞行器整体的稳定性，包括一刚性连接件和多个柔性连接件，该刚性连接件设置于设备舱与艇体之间的中心轴线上，该多个柔性连接件设置于该刚性连接件四周。
12.根据权利要求I所述的超压碟形浮升一体飞行器，其特征在于，所述设备舱推进单元用于控制飞行器的俯仰及辅助前进，包括对称地设置于设备舱四周的第五螺旋桨、第六螺旋桨、第七螺旋桨和第八螺旋桨，以及四个艇体推进电机和四个艇体倾转电机，其中，每个螺旋桨对应配置有一个艇体推进电机和一个艇体倾转电机。
13.根据权利要求I所述的超压碟形浮升一体飞行器，其特征在于，所述设备舱推进单元与设备舱之间通过绑扎和刚性的方式连接。
14.根据权利要求I所述的超压碟形浮升一体飞行器，其特征在于，所述艇上推进单元与所述设备舱推进单元是控制该飞行器的执行机构，通过其产生的推进力保证飞行器升降、前进、转弯和锚泊。
全文摘要
本发明公开了一种超压碟形浮升一体飞行器，包括艇体；设置于艇体表面的太阳能电池；设置于艇体侧面的艇上推进单元；设置于艇体下方与艇体连接的设备舱；以及设置于设备舱侧面的设备舱推进单元。利用本发明，通过飞行器新构形的设计来解决传统飞行器升力形式单一这一问题，即通过浮空器自身的浮力和碟状构型所能产生的升力，两者结合互为补充，使得飞行器具备浮升一体式设计，进而达到飞行器能够升空、并完成滞空飞行的目的。
文档编号B64B1/30GK102897311SQ201210421148
公开日2013年1月30日 申请日期2012年10月29日 优先权日2012年10月29日
发明者杨燕初, 王生, 姜鲁华, 祝榕辰, 苗景刚 申请人:中国科学院光电研究院