浮空器空中快速充气系统、充气方法、及其平流层浮空器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于浮空器领域，具体涉及一种浮空器空中快速充气系统、充气方法、及其平流层浮空器。
【背景技术】
[0002]平流层浮空器一般是在海拔20km以上高度执行任务，平流层浮空器因其驻空时间长、使用效费低，在情报侦察、预警探测、通信中继、信息对抗、导航定位、应急救灾、环境监测等众多领域中有着广泛的应用前景。
[0003]传统平流层浮空器一般利用氦气作为浮升气体，部署过程需要经过地面准备、展开、充气、释放、爬升和调整等阶段，升空时间长、部署调整难，部署时段和区域严重受环境因素制约，难以适应现代军事需求。
[0004]快速进入平流层浮空器一般采用弹载发射或者机载发射的方式实现，与常规升空发放的平流层浮空器系统相比，具有快速部署、快速升空、快速响应的特点。
[0005]国内和国外对快速进入平流层浮空器系统一般只进行了探索性研究，对于快速进入平流层浮空器空中快速充气的技术研究基本处于空白状态。目前尚无很好的适用于快速进入平流层浮空器的空中快速充气装置。
【发明内容】
[0006]针对上述问题，本发明旨在提供一种适用于快速进入平流层浮空器的空中快速充气系统、充气方法及其快速进入平流层浮空器。
[0007]本发明解决问题的技术方案是:一种浮空器空中快速充气系统，包括液态浮升气体储罐、安装在液态浮升气体储罐出口的低温电磁阀、与低温电磁阀输出端通过管道连接的喷注器、以及安装在喷注器输出端的质量流量计；
所述质量流量计与低温电磁阀电连接。
[0008]上述方案利用高压液态浮升气体通过喷注器组件扩容降压转化为气态，充入平流层浮空器的囊体内从而实现空中快速充气过程。
[0009]进一步的，所述液态浮升气体储罐的外壁上螺旋盘绕有环形盘管，该环形盘管的一端与低温电磁阀的输出端连接，另一端与喷注器的输入端连接。
[0010]该进一步改进的方案中，增加环形盘管一方面可增加液态浮升气体与外界环境的热交换面积和时间，提高进入浮空器囊体内的气体温度；另一方面可降低液态浮升气体储罐漏热，防止储罐在充气前超压。
[0011]所述喷注器可直接选用现有的喷注器，优选的，所述喷注器为美国F-1发动机直流喷注器。
[0012]此套系统可实现多种浮升气体从液态到气态的转换。优选的，所述液态浮升气体储罐内装有液氢。用液氢作为浮空器的浮升气体，具有体积小、重量轻、方便获取等优点。并且相同体积情况下氢气比传统的氦气能提供的更多的浮力;此外液氢价格便宜且液态温度要高于液氦。
[0013]优选的，所述液态浮升气体储罐内设多层真空隔热层。
[0014]同时，本发明还提供一种应用上述浮空器空中快速充气系统的浮空器空中快速充气方法，其特征在于包括如下步骤:
(a)在液态浮升气体储罐内充入高压液态浮升气体；
(b)打开低温电磁阀和喷注器，高压液态浮升气体经低温电磁阀进入喷注器，之后经喷注器扩容降压完全气化后充入到平流层浮空器的囊体内，从而实现液转气，完成快速进入平流层浮空器空中快速充气过程。
[0015]进一步的，所述液态浮升气体储罐的外壁上螺旋盘绕有环形盘管，该环形盘管的一端与低温电磁阀的输出端连接，另一端与喷注器的输入端连接；
相应的，在上述步骤(b)中打开低温电磁阀后高压液态浮升气体首先进入环形盘管，并吸收外界环境热量完成预热过程，预热后的液态浮升气体部分气化后变成气液两相流，之后再经喷注器扩容降压完全气化。
[0016]本发明还提供一种快速进入平流层浮空器，包括平流层浮空器本体，其中，所述平流层浮空器本体连接有上述方案所述的浮空器空中快速充气系统，该浮空器空中快速充气系统的质量流量计输出端与平流层浮空器本体连接。
[0017]进一步的，所述浮空器空中快速充气系统可自动从平流层浮空器本体上脱落，二者为可拆卸连接。
[0018]本发明的工作原理为:
通过将高压液态浮升气体储存在真空多层隔热的储罐里，高压液态浮升气体经低温电磁阀首先进入到缠绕在储罐外部的环形盘管，并吸收外界环境热量完成预热过程，预热后的液态浮升气体部分气化后变成气液两相流，之后经喷注器扩容降压完全气化后充入到平流层浮空器的囊体内。从而实现液转气，完成快速进入平流层浮空器空中快速充气过程。
[0019]本发明的显著效果是:
1.本发明的空中快速充气系统基本为机械部件，具备配置简单、质量轻、运行可靠、体积小等优点，并能自主控制空中充浮升气体的质量流量。该系统为浮空器快速进入平流层奠定了技术基础。
[0020]2、创造性地利用喷注器实现液转气，喷注器作为机械部件，无需额外的能耗，即可将高压液态浮升气体经过扩容降压转化成气态。
[0021 ] 3、创造性地在整个回路设置了质量流量计及低温电磁阀，使得充气质量流量得到自主控制，一方面可防止浮空器囊体在充气过程中避免遭受大的冲击，另一方面可间接调节进入浮空器囊体内的气体温度。
[0022]4、本发明应用在快速进入平流层浮空器上(快速进入包括弹载发射、机载发射等不同发射形式，平流层浮空器包括不同外型的平流层浮空器)，能使空中充气系统结构简单、质量轻、运行可靠、体积小，能实现平流层浮空器空中快速充气展开成形，达到平流层浮空器快速机动部署的目的。
【附图说明】
[0023]下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0024]图1为空中快速充气系统总体配置图。
[0025]图中:1-液态浮升气体储罐，2-环形盘管，3-低温电磁阀，4-喷注器，5-质量流量计，6-平流层浮空器本体。
【具体实施方式】
[0026]如图1所示，一种浮空器空中快速充气系统，包括液态浮升气体储罐1、安装在液态浮升气体储罐I出口的低温电磁阀3、与低温电磁阀3输出端通过管道连接的喷注器4、以及安装在喷注器4输出端的质量流量计5 ο所述质量流量计5与低温电磁阀3电连接。
[0027]所述液态浮升气体储罐I的外壁上螺旋盘绕有环形盘管2，该环形盘管2的一端与低温电磁阀3的输出端连接，另一端与喷注器4的输入端连接。
[0028]所述喷注器4为美国F-1发动机直流喷注器。
[0029]所述液态浮升气体储罐I内装有液氢。
[0030]所述液态浮升气体储罐I内设多层真空隔热层。
[0031]同时，本发明还提供一种应用上述浮空器空中快速充气系统的浮空器空中快速充气方法，其特征在于包括如下步骤:
(a)在液态浮升气体储罐I内充入高压液态浮升气体；
(b)打开低温电磁阀3和喷注器4，高压液态浮升气体经低温电磁阀3进入喷注器4，之后经喷注器4扩容降压完全气化后充入到平流层浮空器的囊体内，从而实现液转气，完成快速进入平流层浮空器空中快速充气过程。
[0032]进一步的，所述液态浮升气体储罐I的外壁上螺旋盘绕有环形盘管2，该环形盘管2的一端与低温电磁阀3的输出端连接，另一端与喷注器4的输入端连接；
相应的，在上述步骤(b)中打开低温电磁阀3后高压液态浮升气体首先进入环形盘管2，并吸收外界环境热量完成预热过程，预热后的液态浮升气体部分气化后变成气液两相流，之后再经喷注器4扩容降压完全气化。
[0033]本发明还提供一种快速进入平流层浮空器，包括平流层浮空器本体6，其中，所述平流层浮空器本体6连接有上述方案所述的浮空器空中快速充气系统。该浮空器空中快速充气系统的质量流量计5输出端与平流层浮空器本体6连接。
[0034]进一步的，所述浮空器空中快速充气系统可自动从平流层浮空器本体6上脱落，二者为可拆卸连接。当浮空器空中快速充气系统完成使命之后，自动从平流层浮空器本体6上脱落。
[0035]本发明各部件的作用如下:
液态浮升气体储罐I用于储存高压液氢，为减少液氢在充气之前的蒸发损失，降低液态浮升气体储罐漏热量，防止储罐内高压液氢在充气之前已经超压，液态浮升气体储罐I采用多层真空隔热方式。
[0036]低温电磁阀3与质量流量计5用于联动控制高压液氢流出液态浮升气体储罐I的质量流量。空中快速充气所需的氢气质量流量的值作为被控制量，通过质量流量计5测得的实际充气质量流量与被控制量进行比较，从而调节低温电磁阀3开度，最终实现对空中充气氢气质量流量的控制。
[0037]环形盘管2用于高压液氢与外界环境进行热交换，通过吸收外界环境的热量达到预热的目的。
[0038]喷注器4通过将高压液氢扩容降压后转化成气态氢，实现液氢转气的目的。
[0039]质量流量计5用于测量进入平流层浮空器囊体内的气态氢的质量流量。
[0040]平流层浮空器是利用氢气作为浮升气体实现滞空及完成各种任务。
[0041]液态浮升气体储罐I里的高压液氢经低温电磁阀3进入到缠绕在液态浮升气体储罐外壁的环形盘管2，吸收外界热量完成预热。预热后的液氢部分气化变成气液两相流，之后经喷注器4完全气化后充入到平流层浮空器的囊体内，从而实现液氢转气及快速进入平流层浮空器系统空中快速充气过程。进入到平流层浮空器囊体内的氢气质量流量由质量流量计5和低温电磁阀3联动控制。
【主权项】
1.一种浮空器空中快速充气系统，其特征在于:包括液态浮升气体储罐、安装在液态浮升气体储罐出口的低温电磁阀、与低温电磁阀输出端通过管道连接的喷注器、以及安装在喷注器输出端的质量流量计； 所述质量流量计与低温电磁阀电连接。2.根据权利要求1所述的浮空器空中快速充气系统，其特征在于:所述液态浮升气体储罐的外壁上螺旋盘绕有环形盘管，该环形盘管的一端与低温电磁阀的输出端连接，另一端与喷注器的输入端连接。3.根据权利要求1所述的浮空器空中快速充气系统，其特征在于:所述喷注器为美国F-1发动机直流喷注器。4.根据权利要求1所述的浮空器空中快速充气系统，其特征在于:所述液态浮升气体储罐内装有液氢。5.根据权利要求1所述的浮空器空中快速充气系统，其特征在于:所述液态浮升气体储罐内设多层真空隔热层。6.—种应用上述权利要求1的浮空器空中快速充气系统的浮空器空中快速充气方法，其特征在于包括如下步骤: (a)在液态浮升气体储罐内充入高压液态浮升气体； (b)打开低温电磁阀和喷注器，高压液态浮升气体经低温电磁阀进入喷注器，之后经喷注器扩容降压完全气化后充入到平流层浮空器的囊体内，从而实现液转气，完成快速进入平流层浮空器空中快速充气过程。7.根据权利要求6所述的浮空器空中快速充气方法，其特征在于:所述液态浮升气体储罐的外壁上螺旋盘绕有环形盘管，该环形盘管的一端与低温电磁阀的输出端连接，另一端与喷注器的输入端连接； 相应的，在上述步骤(b)中打开低温电磁阀后高压液态浮升气体首先进入环形盘管，并吸收外界环境热量完成预热过程，预热后的液态浮升气体部分气化后变成气液两相流，之后再经喷注器扩容降压完全气化。8.一种平流层浮空器，包括平流层浮空器本体，其特征在于:所述平流层浮空器本体连接有上述权利要求1?5任一项所述的浮空器空中快速充气系统，该浮空器空中快速充气系统的质量流量计输出端与平流层浮空器本体连接。9.根据权利要求8所述的平流层浮空器，其特征在于:所述浮空器空中快速充气系统可自动从平流层浮空器本体上脱落，二者为可拆卸连接。
【专利摘要】本发明公开了一种浮空器空中快速充气系统,包括液态浮升气体储罐、安装在液态浮升气体储罐出口的低温电磁阀、与低温电磁阀输出端通过管道连接的喷注器、以及安装在喷注器输出端的质量流量计；所述质量流量计与低温电磁阀电连接。本发明可应用在快速进入平流层浮空器上，能实现平流层浮空器空中快速充气展开成形，达到平流层浮空器快速机动部署的目的。
【IPC分类】B64B1/62
【公开号】CN105711802
【申请号】CN201610226335
【发明人】周湘杰, 杜超
【申请人】湖南航天远望科技有限公司