一种飞艇浮力升空的控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种飞艇浮力升空的控制方法，对飞艇浮力升空公式进行了推导，在此基础上提出基于浮力气体温度调节控制飞艇升空速度的方法：首先设定浮力气体用量及飞艇期望升空速度，经过与速度传感器获得的飞艇当前升空速度值比对，将差值信号放大处理后传送给温控模块，温控模块输出相应操作指令，改变加热装置功率大小，调节浮力气体温度，进而实现对升空速度的控制，同时升空速度传感器不断将实时速度反馈对比，形成闭环控制环路，完成反馈调节。与现有技术相比，此方法浮力气体的损耗小，控制变量可逆，可节省飞艇有效载荷空间，并提高了飞艇升空控制精度和抗干扰能力。
【专利说明】
一种飞艇浮力升空的控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及航空飞行器的自动控制技术，更具体地涉及一种通过调节浮力气体温 度来控制飞艇有效升空的控制方法。
【背景技术】
[0002] 飞艇是一种经济实用的航空飞行器，主要由巨大的流线形艇体、位于艇体下面的 吊舱、起稳定控制作用的尾面和推进装置几部分组成。艇体的气囊内充以密度比空气小的 浮升气体(氢气或氦气），借以产生浮力实现飞艇升空。吊舱供人员乘坐和装载货物。尾面用 来控制和保持航向、俯仰的稳定。飞艇在交通、运输、娱乐、赈灾、影视拍摄、科学实验等方面 具有巨大的应用价值。
[0003]目前在飞艇技术研究中，控制飞艇升空的主要方式局限于充放浮力气体、抛洒压 舱物等，通过对飞艇浮力和飞艇重量差值的控制来调节升降，不仅控制精度低，而且不断损 耗浮力气体或压舱物，使得控制范围有限，并且占用了宝贵的有效载荷空间。
[0004] 因此，有必要提供一种新型的可充分利用飞艇有效载荷能力的飞艇升空控制方 法，提高飞艇升空的控制精度。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种通过调节浮力气体温度来实现飞艇仅用浮力升空的控 制方法，以提尚飞艇升空的控制精度并更加尚效地利用飞艇的有效荷载能力。
[0006] 为实现上述目的，本发明提出了一种飞艇浮力升空控制方法，针对飞艇的浮力升 空问题，根据完全气体的克拉珀龙状态方程、大气温度T和海拔高度Η的统计公式、大气压力 Ρ和海拔高度Η的统计公式对飞艇浮力升空公式进行了推导，具体地包括：
[0007] 1)完全气体的克拉珀龙状态方程
[0009] 2)大气温度Τ和海拔高度Η的统计公式
[0010] Τ = 288·15-6·5Η Η 彡 11km
[0011] T = 216.65 llkm<H^20km
[0012] T = 216.65+(H-20) 20km<H^32km
[0013] 3)大气压力p和海拔高度H的统计公式
[0014] ρ = 10332.3 X (1-0.0225577H)5'25588 Η彡 11km
1 \km < if <20hn
[0016] ρ = 558·28Χ(1+(Η-20)Χ0·00461574)-34.1632 20km<H<32km
[0017] 导出飞艇浮力升空公式为：
[0019]其中，P-气体密度，p-气体压力，Μ-气体摩尔质量，T-气体温度，R-气体常数，m浮-浮 力气体质量，mo-飞艇总质量，1?-大气气体温度，Ms-大气气体摩尔质量，T浮-浮力气体温度， Μ浮-浮力气体摩尔质量。
[0020 ]依据上述公式:在m浮、Μ浮、Μ空、mo均已确定的条件下，Τ浮和Τ空的差值增大，则浮力气 体提供的浮力也随之增大，进而飞艇获得更大的加速度，其升空速度增加，基于浮力气体温 度调节可实现飞艇的浮力升空速度的控制，具体实施包括以下步骤：
[0021] 步骤1:根据飞艇的预定升空高度、使用要求以及飞艇起飞时的气象条件等因素， 合理地设定飞艇的期望升空速度;依据飞艇浮力升空公式确定浮力气体的用量。
[0022] 步骤2:利用设置在飞艇上的速度传感器测量飞艇升空过程中的当前升空速度；
[0023] 步骤3:对比获取飞艇当前升空速度与飞艇期望升空速度之间的偏差并转化为差 值信号，将差值信号传送至温控模块，温控模块根据差值信号利用飞艇浮力升空公式计算 所需加热功率大小，并向浮力气体加热装置发布操作指令；
[0024]步骤4:浮力气体加热装置响应操作指令，通过增大或缩小加热功率来改变浮力气 体温度，以此来控制飞艇当前升空速度的改变；
[0025] 步骤5:利用速度传感器实时测量飞艇的当前升空速度并反馈对比，形成闭环控制 环路，完成反馈调节。
[0026] 与现有技术相比，本发明的控制方法通过调节浮力气体温度控制实现了仅利用浮 力进行飞艇升空过程的控制，具有以下优点：
[0027] 1、通过调节浮力气体温度来控制飞艇有效升空，浮力气体的损耗小，飞艇的升空 速度控制范围大，控制变量可逆，可以明显增加飞艇的驻空时间；
[0028] 2、相对于通过充放浮力气体、抛洒压舱物等来控制飞艇升空的方法，避免了多余 浮力气体和压舱物的设置，节省了飞艇的有效载荷空间；
[0029] 3、通过采用飞艇升空速度负反馈闭环控制系统，提高了飞艇升空控制的自动化程 度和精度。
[0030] 通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，附图用于解释本发明的实 施例。
【附图说明】
[0031] 图1为本发明所述飞艇浮力升空控制流程图。
【具体实施方式】
[0032] 现在参考附图描述本发明的实施例。
[0033] 请参考图1，本发明一种飞艇浮力升空控制方法，具体包括以下步骤：
[0034] 步骤1:根据飞艇的预定升空高度、使用要求以及飞艇起飞时的气象条件等因素， 设定一合理的期望升空速度值νο,转换为电压信号Uo,设定初始浮力气体温度T浮和T空相等， 依据飞艇浮力升空公式确定浮力气体用量m浮。
[0035] 步骤2:利用设置在飞艇上的升空速度传感器直接测量出飞艇的当前升空速度vt， 转换为电压信号Ut;
[0036] 步骤3:将Uo和Ut输入差分放大器加以放大后得压差信号△ U，温控模块获取压差信 号△ U，并依据飞艇浮力升空公式计算出所需加热装置功率大小，发布操作指令；
[0037] 步骤4:加热装置响应操作指令，通过增大或减小加热功率改变浮力气体温度，进 而控制飞艇的当前升空速度vt变化。
[0038] 步骤5:利用速度传感器实时测量飞艇的当前升空速度vt并反馈对比，将转换的电 压信号Ut不断传递给差分放大器处理，形成闭环控制环路，完成反馈调节。
[0039] 以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施 例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。
【主权项】
1. 一种飞艇浮力升空的控制方法，其特征在于，针对飞艇的浮力升空问题，根据完全气 体的克拉巧龙状态方程、大气溫度T和海拔高度Η的统计公式、大气压力P和海拔高度Η的统 计公式推导了飞艇的浮力升空公式，具体地，包括： 1) 完全气体的克拉巧龙状态方程2) 大气溫度Τ和海拔高度Η的统计公式 Τ = 288.15-6.5Η Τ = 216.65 llkm<H《20km T = 216.65+(H-20) 20km<H《32km 3) 大气压力p和海拔高度H的统计公式其中，p-气体密度，p-气体压力，Μ-气体摩尔质量，Τ-气体溫度，R-气体常数，ms-浮力气 体质量，mo-飞艇总质量，Ts-大气气体溫度，Ms-大气气体摩尔质量，T浮-浮力气体溫度，Μ浮- 浮力气体摩尔质量。 依据上述飞艇浮力升空公式，基于浮力气体溫度调节来实现飞艇的浮力升空速度的控 制。2. 如权利要求1所述飞艇浮力升空的控制方法，其特征在于，具体实施包括W下步骤： 步骤1:根据飞艇的预定升空高度、使用要求W及飞艇起飞时的气象条件等因素，合理 地设定飞艇的期望升空速度;依据飞艇浮力升空公式确定浮力气体的用量。 步骤2:利用设置在飞艇上的速度传感器测量飞艇升空过程中的当前升空速度； 步骤3:对比获取飞艇当前升空速度与飞艇期望升空速度之间的偏差并转化为差值信 号，将差值信号传送至溫控模块，溫控模块根据差值信号利用飞艇浮力升空公式计算所需 加热功率大小，并向浮力气体加热装置发布操作指令； 步骤4:浮力气体加热装置响应操作指令，通过增大或缩小加热功率来改变浮力气体溫 度，W此来控制飞艇当前升空速度的改变； 步骤5:利用速度传感器实时测量飞艇的当前升空速度并反馈对比，形成闭环控制环 路，完成反馈调节。
【文档编号】B64B1/62GK106081048SQ201610697646
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月19日 公开号201610697646.9, CN 106081048 A, CN 106081048A, CN 201610697646, CN-A-106081048, CN106081048 A, CN106081048A, CN201610697646, CN201610697646.9
【发明人】不公告发明人
【申请人】东莞市中航华讯卫星技术有限公司