气系统对机翼的各个气室充气，三个气室完全展开后的飞艇整体外观如图1~4所示。在需 要降低驻空高度时，控制系统通过液压泵将液压油吸入泵内，同时对机翼的各个气室排气， 伸缩杆在弹簧的回复力作用下收缩。
[0066] 飞艇初始状态时仅对靠近中央舱体的气室进行充气，另外两个气室的气囊的囊 体膜结构和支撑肋结构均收起折叠在靠近中央舱体的气室的外侧，伸缩杆伸展时，由液压 泵通过液压孔向伸缩杆内的空腔内输送液压油，在液压油的压力作用下伸缩杆逐渐向外滑 动，从而带动支撑肋运动。在伸缩杆运动的同时，通过布置在囊体膜结构内表面的充气软管 对双排式机翼的气室充气，从而保证双排式机翼的气动外形；伸缩杆收缩时由控制系统控 制液压泵吸收伸缩杆空腔内的液压油，在伸缩杆内部弹簧的弹性回复力作用下，伸缩杆逐 渐向中央舱体方向收缩。双排式机翼的这一可逆过程均通过放置在中央舱体内部的控制系 统自动控制伸缩杆的伸缩过程和充气、放气过程，通过双排式机翼的伸缩，可对飞艇的静浮 升力和动升力进行调节，从而达到执行不同任务时所需的不同载重不同高度要求。
[0067] 由于本发明采用的技术方案，使双排式机翼中的后翼对前翼的下表面处的气流形 成阻滞作用，从而增加前翼的升力，并使两个机翼之间的气流得到加速，缓解了后翼下表面 的流动分离，降低了气动阻力，提高了整个飞艇的气动效率，如图13所示。在有大气气流速 度情况下，可以获得额外的动升力，便于进一步提高驻空高度。由于本方案的基本外形具有 传统飞机的布局特征，当需要飞艇在水平范围和高度范围进行机动时，由于动升力的存在， 本方案的飞艇具有很大的操纵灵活性，详见附表2。
[0068] 另一方面，由于采用了伸缩杆，在不同高度的大气环境下，通过调节伸缩杆的长度 以实现整个飞艇的展长变化，实现了浮力的可控，并且避免了传统布局经常遇到的材料超 出极限的情况。通过合理运用机翼组合体的特征，设计出杠杆式总体支撑结构形式，有效传 力和承力，达到结构高利用率的目的。通过在支撑结构上合理布局包括平尾和垂尾的操纵 面，由于展长较大，操纵力矩也很大，很容易达到姿态控制和操纵飞艇的目的。
【主权项】
1. 一种翼展可变的充气式浮升一体化平流层飞艇，包括舱体、有效载荷吊舱、机翼、微 型控制系统、充/排气系统和液压系统；采用常规的无人机推进系统；所述推进系统采用螺 旋桨推进装置，由太阳能电池提供动力；其特征在于，所述舱体包括一个中央舱体和两个翼 梢舱体；所述的两个翼梢舱体分别位于机翼的翼梢处；无人机推进系统中包括12台螺旋桨 推进装置，所述12台螺旋桨推进装置均分为三组，分别安装在所述中央舱体和两个翼梢舱 体上；所述机翼为包括前翼和后翼的双排式机翼，在各前翼和后翼的内部均有三个沿该前 翼和后翼展向分布的气室；各气室之间通过支撑肋分隔，并将所述前翼和后翼的内表面均 与所述支撑肋的外型面粘接；在各气室内均有伸缩杆组，并且各气室的缩杆组中的伸缩杆 的管径不同，使各气室的伸缩杆能够嵌套伸缩。2. 如权利要求1所述翼展可变的充气式浮升一体化平流层飞艇，其特征在于，所述12 台螺旋桨推进装置在所述中央舱体和两个翼梢舱体上的具体安装位置是： 中央舱体上安装有四台所述螺旋桨推进装置，其中两台位于舱体下的吊舱靠前的两侧 部位，叶片的转轴在弦向位于距中央舱体前缘点〇. 325C处，法向位于距中央舱体前缘点的 下方0. 42C处；另外两台位于舱体后方，并使该螺旋桨推进装置的叶片的转轴在弦向位于 距中央舱体前缘点I. 90C处，法向位于距中央舱体前缘点的0. 34C处； 两个翼梢舱体上各安装的四台螺旋桨推进装置均位于所处舱体的后方，其中两台螺 旋桨推进装置处于所处翼梢舱体母线以上，另外两台螺旋桨推进装置处于所处翼梢舱体母 线以下；所述四台螺旋桨推进装置的叶片转轴在弦向均位于距所处翼梢舱体前缘点I. 70C 处；两台处于该翼梢舱体母线以上的螺旋桨推进装置的法向位于距所处翼梢舱体前缘点的 上方0. 28C处，两台处于该翼梢舱体母线以下的螺旋桨推进装置的法向位于距该翼梢舱体 前缘点的下方〇. 28C处。3. 如权利要求1所述翼展可变的充气式浮升一体化平流层飞艇，其特征在于，所述 机翼为包括前翼和后翼的双排式机翼；单个机翼的展弦比为20,后掠角为25° ;双排式 机翼的前翼翼根的前缘点在轴向位于距中央舱体前缘点0. 345C处，法向位于距中央舱体 前缘点0. 28C处，并处于所述中央舱体母线的上方；双排式机翼的后翼位于前翼的后下方 位置，与前翼的前缘相比，后翼的前缘在弦向的位置比前翼靠后0.867C，在法向比前翼低 0. 254C;双排式机翼的前翼翼梢的前缘点在轴向位于距翼梢艇体前缘点0. 21C处，法向位 于距翼梢艇体前缘点的上方0. 18C处；所述的C是翼型弦长。4. 如权利要求1所述翼展可变的充气式浮升一体化平流层飞艇，其特征在于，各前翼 或后翼内的支撑肋沿该所处前翼或后翼的展向均布；各支撑肋的外型面与所处位置的前翼 的型面相同；在所述各支撑肋上分别有伸缩杆的固定孔；所述支撑肋框的中间粘贴固定有 隔膜。5. 如权利要求1所述翼展可变的充气式浮升一体化平流层飞艇，其特征在于，所述各 伸缩杆组中均有四根伸缩杆，每根伸缩杆的长度均与前翼内部有三个气室的展向长度相 同；各伸缩杆的两端分别密封安装在所述各支撑肋上的固定孔内；所述各伸缩杆一端端盖 的中心有通孔，该通孔的孔径与与之配合的伸缩杆的外径相同；另一端端盖的直径大于该 伸缩杆的外径，在该伸缩杆的外圆周表面形成了径向凸出的限位台；该限位台的直径与所 在的伸缩杆装入的另一组伸缩杆的内径相同。6. 如权利要求1所述翼展可变的充气式浮升一体化平流层飞艇，其特征在于，所述的 弹簧有多个，分别固定在位于第二气室中的各伸缩杆端盖的内表面和位于第三气室中各伸 缩杆端盖的内表面；当伸展所述机翼前翼的展向长度时，嵌套在前一级伸缩杆组中的各伸 缩杆的限位台内端面压缩该弹簧；在收缩所述机翼前翼的展向长度时，各伸缩杆在该弹簧 给予的回复力收缩。7.如权利要求1所述翼展可变的充气式浮升一体化平流层飞艇，其特征在于，在所述 前翼或后翼的囊体的内表面上固定有充气软管；所述的充气软管有三根，一端分别连接至 机翼前翼内的三个气室内，另一端分别与位于中央舱体内的充气泵连通。
【专利摘要】一种翼展可变的充气式浮升一体化平流层飞艇，包括一个中央舱体和两个翼梢舱体。在中央舱体和各翼梢舱体上分别安装有四台螺旋桨推进装置。机翼双排式机翼，在机翼的前翼和后翼的内部均有三个展向分布的气室。各气室之间通过支撑肋分隔。各机翼的内表面均与支撑肋的外型面粘接；在各气室内均有伸缩杆组，并且各气室的缩杆组中的伸缩杆的管径不同，使各气室的伸缩杆能够嵌套伸缩。本发明具有气动效率较高、产生的动升力较大，控制和操纵很方便，以及通过调节机翼展长实现不同驻空高度的调节。
【IPC分类】B64B1/06, B64B1/58, B64B1/30, B64B1/20
【公开号】CN104925243
【申请号】CN201510363569
【发明人】叶正寅, 张庆, 马博平, 刘凯, 杨享文
【申请人】西北工业大学
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年6月26日