一种减少飞艇气动阻力和提高姿态稳定的流动控制装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种减少飞艇气动阻力和提高姿态稳定的流动控制装置，所述飞艇包括主气囊，设于主气囊内部的前副气囊和后副气囊；所述流动控制装置包括设于主气囊内表面的气管，环设于主气囊尾部分离点附近的若干组吹气槽；所述吹气槽进气口设于主气囊内表面，吹气槽出气口与主气囊尾部外表面相切；所述气管进气口分别与前副气囊和后副气囊出气口连接，所述前副气囊和后副气囊出气口处设有截止阀；所述气管出气口通过四通电磁阀与吹气槽进气口连接；所述气管出气口侧设有气泵。本实用新型具有提高飞行性能、降低油耗等特点，对于飞艇的大型化和产业化具有较强的促进作用和广阔的应用前景。
【专利说明】一种减少飞艇气动阻力和提高姿态稳定的流动控制装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于浮空器设备及流动控制【技术领域】，具体涉及一种减少飞艇气动阻力和提高姿态稳定的流动控制装置。
【背景技术】
[0002]飞艇主要由主气囊和副气囊组成，其中主气囊中为浮升气体，提供主要升力；副气囊中为空气，用于在飞行高度发生变化后维持飞艇的内外压差不变。由于飞艇速度较低，易受到环境影响，导致在巡航过程中飞艇的攻角/侧滑角相比一般飞行器较大，额外的气动阻力增大的燃油消耗，影响了飞艇的推广和应用。
[0003]目前，飞艇的气动减阻控制手段主要有主动控制和被动控制两种，其中被动控制主要是对飞艇进行气动外形优化及布局优化，但存在耗费时间长、效果不明显等缺点。
[0004]主动流动控制具有针对性强，目前针对飞艇主动流动控制减阻手段是对边界层和尾流进行主动控制，主要有以下手段:在专利US3079106中，Gordon等在飞艇表面布置多孔材料，利用吊舱内的大型风机和泵将气流从孔内加速流出，实现对飞艇表面气流边界层的控制，从而达到减阻的目的；在专利US2009/0200416 Al中，Yee等利用在飞艇后部布置大量的微型推进器和记忆金属制成的扰流板来加快尾部气流速度以减少气流分离，利用推进器进行飞艇姿态控制并实现流动控制减阻；此外，国内采用了从飞艇的前缘驻点到后缘开流动弓I射孔，将部分外部流动转变为内部流动从引射孔导出，前缘驻点弓I射孔的高压气流对后缘低能量区域进行补充，减小压差阻力；飞机机翼上也利用喷流/射流等手段，来扩大机翼表面层流范围，达到气动减阻的目的。
[0005]在上述主动流动控制手段中，利用风机和泵进行流动控制原理简单，但由于气源等装置放置在吊舱内，与囊体上表面出口相对较远，为了保证气体流动速度，风机和泵的功率相对较大、质量较重，严重影响了在飞行器上的应用；利用微型推进器和扰流板的方案具有减阻效果明显、姿态控制精度高等优点，但系统设计/控制复杂、费用高，难以在中型飞艇上应用；驻点引射通过将飞艇头部驻留的气流引射至尾流上，但由于飞艇的速度一般较低，较大的引射管道直径才能明显降低飞艇压差阻力，引射管道带来结构重量将导致飞艇体积增大，且不能有效抑制由于攻角/侧滑角在飞艇表面产生的气流分离；由于受到气源、工作原理、飞艇的气囊为柔性材料等条件限制，在飞机上应用的喷流/射流手段很难直接应用于飞艇。
[0006]当飞艇具有一定向上俯仰角飞行时，由于重力的原因，单副气囊中的空气将移动到后端，若不及时调整，飞艇的抬头趋势将越来越大，给飞行带来安全隐患。
[0007]目前，国内外对于中大型飞艇一般采用多副气囊来减少空气流动，并通过同时充/放不同副气囊中的空气来调整姿态平衡。
实用新型内容
[0008]本实用新型旨在克服现有技术的不足，提供一种减少飞艇气动阻力和提高姿态稳定的流动控制装置。
[0009]为了达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为:
[0010]一种减少飞艇气动阻力和提高姿态稳定的流动控制装置，所述飞艇包括主气囊，设于主气囊内部的前副气囊和后副气囊；所述流动控制装置包括设于主气囊内表面的气管，环设于主气囊尾部分离点附近的若干组吹气槽；所述吹气槽进气口设于主气囊内表面，吹气槽出气口与主气囊尾部外表面相切；所述气管进气口分别与前副气囊出气口及后副气囊出气口连接，所述前副气囊出气口和后副气囊出气口处设有截止阀；所述气管出气口通过四通电磁阀与吹气槽进气口连接；所述气管出气口侧设有气泵。
[0011]其中，所述前副气囊和后副气囊底部设有风机组件。所述主气囊尾部分离点附近环设有四组吹气槽。所述吹气槽由10?100个吹气槽单体组成。所述吹气槽单体高度为
0.5?10cm。所述气泵处于主气囊内靠近上表面气流分离的位置。所述流动控制装置还包括设于飞艇上的飞艇姿态及速度传感器。
[0012]下面结合设计及工作原理对本实用新型作进一步说明:
[0013]本实用新型在飞艇主气囊尾部分离点附近上环设多组由吹气槽单体组成的吹气槽，均匀布置在囊体上下左右四个面上；吹气槽单体为狭长形状，高0.5?10cm，每10?100个吹气槽单体构成一组吹气槽联合工作；吹气槽的进气口在主气囊内表面，出气口与囊体外表面相切。气管均敷设在主气囊内表面上，并用绳索固定。风机组件由风机和阀门等部分组成。根据需要，每个风机组件上可布置一个或多个风机，用于给副气囊补充空气，阀门用于排出副气囊中多余的空气。设于副气囊和后副气囊出气口处的截止阀由飞控计算机控制其工作。传感器主要测量飞艇姿态和飞行速度夹角，为飞行过程中的自主控制和地面控制提供控制输入。气泵布置在主气囊内靠近上表面气流分离的位置，气泵与风机的流量相同，并可根据需要利用一个或多个气泵工作。四通电磁阀安装气泵后部，根据飞控计算机的控制指令分配气流出口，将气流从吹气槽中吹出。
[0014]本实用新型克应用在大中型飞艇上，特别是拥有多个副气囊的飞艇。
[0015]参见图2和3，本实用新型工作过程如下:
[0016]当一个体积为2000m3飞艇以15m/s的速度飞行时，当艇上传感器检测到飞艇攻角大于15°飞行时，打开后副气囊上的截止阀，同时打开气泵和前副气囊上的风机组件，将空气传输到四通电磁阀中后从主气囊尾部上部的吹气槽中吹出形成射流，从而减少气流分离带来的气动阻力；同样地，当处于-15°攻角飞行时，则打开前副气囊上的截止阀和后副气囊上的风机组件，空气从主气囊尾部下部的吹气槽中吹出形成射流；当飞艇的侧滑角大于15°飞行时，同时打开前后副气囊上的截止阀和气泵，并将空气传输到对应的主气囊尾部侧面吹气槽组上吹出形成射流，从而减少气流分离产生的气动阻力约656N。
[0017]当飞艇处于较小攻角/侧滑角飞行时，通过关闭所有截止阀和流动控制装置电源，前后副气囊上的风机组件同时工作，按照所设定的压力范围自动控制充气和放气；当需要流动控制装置进行工作时，打开相应的截止阀和对应的风机组件进行工作。
[0018]此外，飞艇在飞行过程中俯仰角大于15°时，同时打开后副气囊上截止阀和前副气囊的风机组件工作，调整前后副气囊中的空气使姿态趋于平衡；同样地，当处于俯仰角小于-15°时，打开前副气囊上截止阀和后副气囊上的风机组件来进行调整；当姿态平稳后，则关闭所有截止阀，前后风机组件共同工作，按照压力控制原则自动控制。[0019]本实用新型的流动控制装置在减小压差阻力的同时，利用产生的连续气流抑制附面层分离，有效的减少了飞艇在大攻角/侧滑角情况下的气动阻力，降低了在抗风飞行过程中的动力需求和燃油消耗，提高了飞行时间和有效载荷能力。
[0020]总之，本实用新型充分利用了现有飞艇系统上的部件作为气源，根据调整前后副气囊中空气质量来调整姿态的方法，将多余的空气传输至飞艇后部并以一定速度喷出，降低由于气流分离产生的气动阻力。在对气动减阻的同时实现了对副气囊中空气质量的控制，确保飞行姿态的平稳。本实用新型具有提高飞行性能、降低油耗等特点，对于飞艇的大型化和产业化具有较强的促进作用和广阔的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本实用新型结构示意图；
[0022]图2是飞艇在15°攻角情况下，艇体后部流场的情况图；此时艇体后部存在较大的漩涡，气动阻力系数约为0.1;
[0023]图3是在15°攻角情况下，开启本实用新型流动控制装置后的流场情况图；此时艇体后部的漩涡被射流吹破，气动阻力系数约为0.07。
[0024]图中:1、主气囊；2、前副气囊；3、后副气囊；4、气管；5、吹气槽；6、四通电磁阀；7、气泵；8、截止阀；9、风机组件。
【具体实施方式】
[0025]实施例1
[0026]参见图1，一种减少飞艇气动阻力和提高姿态稳定的流动控制装置，所述飞艇包括主气囊1，设于主气囊I内部的前副气囊2和后副气囊3 ;，所述流动控制装置包括设于主气囊I内表面的气管4，环设于主气囊I尾部分离点附近的四组吹气槽5 ;所述吹气槽5进气口设于主气囊I内表面，吹气槽5出气口与主气囊I尾部外表面相切；所述气管4进气口分别与前副气囊2出气口及后副气囊3出气口连接，所述前副气囊2出气口和后副气囊3出气口处设有截止阀8 ;所述气管4出气口通过四通电磁阀6与吹气槽5进气口连接；所述气管4出气口侧设有气泵7，气泵7处于主气囊I内靠近上表面气流分离的位置。
[0027]所述前副气囊2和后副气囊3底部设有风机组件9。所述吹气槽5由10?100个吹气槽单体组成。所述吹气槽单体高度为0.5?10cm。所述流动控制装置还包括设于飞艇上的飞艇姿态及速度传感器。
【权利要求】
1.一种减少飞艇气动阻力和提高姿态稳定的流动控制装置，所述飞艇包括主气囊(1)，设于主气囊(I)内部的前副气囊(2)和后副气囊(3);其特征在于，所述流动控制装置包括设于主气囊(I)内表面的气管(4)，环设于主气囊(I)尾部分离点附近的若干组吹气槽(5);所述吹气槽(5)进气口设于主气囊(I)内表面，吹气槽(5)出气口与主气囊(I)尾部外表面相切；所述气管(4)进气口分别与前副气囊(2)出气口及后副气囊(3)出气口连接，所述前副气囊(2)出气口和后副气囊(3)出气口处设有截止阀(8);所述气管(4)出气口通过四通电磁阀(6)与吹气槽(5)进气口连接；所述气管(4)出气口侧设有气泵(7)。
2.如权利要求1所述的流动控制装置，其特征在于，所述前副气囊(2)和后副气囊(3)底部设有风机组件(9)。
3.如权利要求1或2所述的流动控制装置，其特征在于，所述主气囊(I)尾部分离点附近环设有四组吹气槽(5)。
4.如权利要求3所述的流动控制装置，其特征在于，所述吹气槽(5)由10?100个吹气槽单体组成。
5.如权利要求4所述的流动控制装置，其特征在于，所述吹气槽单体高度为0.5?IOcm0
6.如权利要求1所述的流动控制装置，其特征在于，所述气泵(7)处于主气囊(I)内靠近上表面气流分离的位置。
7.如权利要求1所述的流动控制装置，其特征在于，所述流动控制装置还包括设于飞艇上的飞艇姿态及速度传感器。
【文档编号】B64B1/58GK203681861SQ201420045548
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年1月24日 优先权日:2014年1月24日
【发明者】肖俊, 罗义平, 张斌 申请人:湖南航天机电设备与特种材料研究所