专利名称：作为电信和/或其它科学目的的平台的无人驾驶的飞行器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的无人驾驶的飞行器，它作为电
信禾P/或其它科学目的的平台处于平流层中的预定高度。
现有技术
例如由US5， 104， 059已知j細充有气体的高压气嫩每不同的通信禾P/鹏 测平台安置在平流层中。
与戶刑胃低压气球不同的是，高压气球可以长时间保留在平流层中。由于高压 气球在白天和夜间遭受的极端的 驢^^种高压气球带来了特另啲问题。在白天， 气球表面受到直接的太阳辐射，由于太阳辐射，气球内部的气体升温，由此气压 升高。相反，在夜间，环境和气術鹏陶氏，并且由此在高压气球中的气体压力 降低。劍处于高压下的高压气球的材料和结构提出了附力啲要求。此外，使得 维持平台相对于地球的高度和4體变得困难。
发明内容
本发明的目的在于樹共一种Jl^，的无人驾驶的飞行器，其中携带平台的
且充有气体的高压气球可以以最佳的方式被保持舒; #望的高度和位置，财卜，
该高压气球具有较长的iOTa。
根据本发明，本发明的目的ffi31具有权利要求l特征的飞行默导以实现。 按本发明的飞行器的其它雌技术方案构成了AM权利要求的主题。 对于按本发明的飞行器，其中高压气球设置在平流层内可以充气到空气动力 学外形的外气球内，该外气球形成至少一个围绕高压气球的可以填充介质的低压 或高压隔绝腔，其中设置用于在隔绝腔中循环的介质的加热和7賴卩驢，由此， 在很対呈度上避免了极端盼驢对高压气球中的气压的负面影响，从而该高压气 球可以由更轻且更便宜的材料制成，并持久i鹏高该高压气球的4顿驗，这也 是由于在平台上安装螺旋桨，而不是在气球上安装螺旋桨。
由于高压气球内在很大程度上恒定的压力以及处于外气球之外的可电驱动 的螺旋桨，平台相对于地球的^體可以在更长的时间内保持尽可能不变。如果《OT空气，iM;在平流层中才给外气球充气^在地面上给外气球充气 并使其具有空气动力学的形状，那么按本发明的飞行器可以毫无问题地穿ax^荒 层上升到戶储望的20-30公里的高度，这与已知的具有金属架的齐柏林型飞行器 不同，在这种齐柏林型飞行器中正是在这个上升阶S^、须^艮下面还要进一步说 明的M问题。
下面参照附图进一步说明本发明。其中示意性示出的是 图i是按本发明的飞行器的一个实施例的示意侧视亂
图2A是按图1的飞行器的一部分的，纖面图，具有加热单元和7賴卩单元的 线路图，其中砂卜部的隔绝腔中j顿空气；
图2B是按图1的飞行器的一部分的fM面图，具有加热单元和7賴卩单元的 线路图，其中砂卜部的隔绝腔中4顿氦气；
图3是按本发明的飞行器另一个实施例的与图2对应的视图4是飞行器的平台的/Xi:面看的示意图5是按本发明的飞行^i:升到平流层中时的示意亂
图6是平台在飞回到地球上时从后面看的视图。
具体实M式
图1示意性示出了一种无人驾驶的飞行器1，特别是用于^31信和/或其它 科学目的设置的处于平流层中的平台IO，即附胃的"高空平台"。该飞行器l在 jJt^fM控制，使得它相对于i鹏占据静止糊體，或者例如当该飞行器1应该 相对于宇宙中的週静止iikiS行飞行定位时，该飞行器1也可以相对于地球运动 iikiS行设置。该飞行器不，合作为用于电信的传懒占，而且也适M科学测量 目的、用于电视台和職电台的传f^占、Mf相的、作为气彰占等。它配备有GPS 和其它控制装置，从而可以自动地在飞行器上控制飞行器，其中所述飞行器与地 面上的控制中心在一定禾i^h^程控制地形成电子縣。
根据图1,飞行器1已经处于戶储望的风剝特禾啲20—30公里(km)的 高度。M相应^S ("有交i^荷飞机(Payload plane)")的平台10 Mil充有
气体im充有氦气的高压气球n携带。作为 方案，可以考虑将平台10借助
乡約球11延伸的承载件17例如带^f以件承载。
4mt也具有南瓜幵m或其它鹏犬的高压气球11 ("南瓜气球")处于具有空气动力学外形的外气球12的内部，在平台10借助高压气球11毫无问题也穿舰
流层至IMJ5储望的特别是20.7公里(km)的高度后，才给外气球12填充介质并 充气至空气动力学的外形。
夕卜气球12的后端装有升降舵和垂魏翼13、 14。 it^卜，设置相对于旋转的 地球保持飞行器或平台位置的装置，这些 包括设置在平台IO外面的可电驱动 的螺旋桨15，该螺旋桨15用于飞行器的前皿动或也可用于飞行器的稳定。对 此，以独特的车嫩动螺旋桨15，使得飞行器相对于地;糠面始剤呆持在同一方 向。螺旋桨15可以可转动地设置在平台10上，并且由此用于±^两种目的。此 外，按本发明的飞行器l装有控制驢和电子自动驾驶系统。
在图1和2A示意性示出的飞行器翅方案中，{顿外部空气作为用于±真充 夕卜气辦口给外气球充气的介质。围绕高压气球ll形成充有外部空气的低压或高压 隔绝腔20，在隔鄉空20中泵入外部空气并形成循环，其中设置按本发明的^fi， MS些體加滅隔鄉空20中循环的空气^I51热交换进行7t4口，由此可以说 使得高压气球11不会穀,如夜间和白天驢的影响，并且其气体压力刻膽可 能小。也可以采用氦气或其它的气体或者甚至具有高隔绝值的泡沫型物质例如聚 苯乙烯泡沫塑料来替代空气作为介质。
如图2A所示，外部空气借助泵21泵入W禁音22中并AAJ哩经供给管线23 输想lj隔绝腔20中，其中另124用于空气循环。由泵24经排出管线25从隔 绝腔20抽出的空气经设置砂卜气球12之外的7賴卩单元30和同样设置砂卜气球 12之外的加热单元31再到达供纟^t线23，而后fflil供给管线23再^A隔绝腔 20。 7賴卩单元30和加热单元31 ^!tb有选^t创OTo
在白天由作用至U外气球12上的太阳辐射在隔绝腔20中变热的空气在;ti卩单 元30中被7賴卩，相反，夜间在隔绝腔20中变冷的空气在加热单元31中被加热。 这种过程这样控制，使f雜隔绝腔20中循环的空气的^jt波动保持尽可能小。为 此目的，设置压力测量驢26禾口 鹏测4^a 27，它们与未详细示出的控制单 7f^^接用于自动调节。
7賴睥元22是一种热交换器，其中充分利用作为7賴口介质的外部空气的低 温(—4(TC^g低)。由此，冷空气iMMA管线30，作为^4卩介质^[顿，它相应 地再借助管线30"排出。
力口热单元21舰电工作。为了产生电iit^用太阳能，对此，夕卜气球12的基础材料是聚乙烯，该外气球12在其表面上设有太阳能收織40。白^^太阳辐
射产生的电能借助蓄电池存储。
根据本发明，夕卜气球12还设有红外线收劁莫41， ffl31它利用夜间来自于地 球的红外线辐射。设置在太阳能收纖40内侧的红外线收劁莫41 4腿由暗色的 约12 u m厚度的铝膜、彩漲^l似槲勾成。不俗卜气球12而且与氦储存器43 连接的高压气球11 由透明的塑料材料制成，其中砂卜气球12的朝向ifeE求的 内侧i體红外线收劁莫41 o红外线辐射从下面穿过两^球并且由此帮助按^Jt 州尝否则的话会在夜间发生的7賴卩。
不仅砂hf则而且在内侧，太阳能收劁莫和红外线收劁莫由塑茅车泡沫层例如聚 苯乙烯驢，以使气I綠面不会!Mit加热。
氦储存器43经管线49与高压气球11的内部 。泵47離多使得氦气充入 到高压气球11中或充入到附加填充氦气的气球58中，其中气球58设置在平板 10内gJ^外并用作调节齡飞行器高度的W尝腔。在管线49中同样设置可掛共 给控制单元的压力测量装置48。
用于外部空气的掘W敦萏22负责在低压或高压隔绝腔20中保持恒定的压 力和恒定的容积，并由此也负责维f教卜气球12的空气动力学外形。
在图2B的线路图中，与图2A的线路图所不同的是，作为隔绝气l杯采用空 气，而是采用氦气。因此，储备容器22'中的氦气导入隔绝腔20中。在其余方面 设置了与图2A中相同的驢，它们具有相同的附图添己。因it树此不再进行赘 述。
如图2A， 2B或图3所示，所有，如7賴卩单元22和加热单元21等均包含 在平台10内。当然，其它未详细示出的仪器和體如齢的电子驢、蓄电池、 控制，等也安装在平台10内。
在图3示出的无人驾驶的飞行器1'的 方案中,充气到空气动力学糊犬 的夕卜气球12'，而这里围绕着高压气球11形成两^M氐压或高压隔绝腔50、 51。外 气球12'具有夕卜层55和内层56，在它们之间形成充有循环的介质的第一隔绝腔50， 在该实 案中所述介质借助^4卩单元317转卩，并且借助加热单元31'加热。此 外，与图2类似，W尝箱22，设有泵21'、压力禾W鹏测量體。
在这种翅方案中，作为介质f柳氦，其比重小于空气的比重。Mffl向高压 气球ll的储存器43'和43"掛共氦，其中一W诸存器43'充有液态的氦，而另一个充有气态的氦。储存器43'、 43"还与附加的充有氦的气球58连接，该气球58用 于调节飞行器高度。泵44或者将氦在高压下从储存器43"导入到气球11中，或 ^Mi録将气球11中的氦排到附力啲气球58中，以保证气球ll中的压力恒定。 ili^种方式，M51输A^排出附加空气，原贝廿jba,改变飞行器1的高度。 此外，设置过压阀45和未详细示出的压力测量装置。
在内层56和高压气球11之间形成的另H氐压或高压隔绝腔51借助泵21'从 W尝箱22'填充外部空气。空气借助排出口 59从隔绝腔51排出，使得保銜刻空 51中的压力恒定。相应还育,测量压力和距海平面的高度荆专避啦制单元，这 她没有详细示出。
与按图2的M方案类似，夕卜气球12'也设有太阳能收劁莫40和红外线收集
膜41， m它们在白天利用太阳辐射，而在夜间禾,来自于旭求的红外线辐射。
在按图3的实 式中，与图2的实M式相比较皿一步改善了在、M波 动方面对高压气球11的保护。M使按本发明的飞行器1或者说r的高压气球 11中的气压拍艮対M^i:保持恒定，并且不受极端的白W夜间、驢的负面影响， 飞行器育,保樹顿明显更长的时间，并连同平台IO相对于地球(戯目对于躯求 上确定的区域)更好地保持其，。
图4示出了呈希腊字母A形的平台10的俯视图。为该平台IO配设了多个、 例如四个在其后侧分布布置的、由电动机15'驱动的螺旋桨15。如上所述，这些 螺旋桨15以各自的转速ltt动并皿外可车转加也设置，使得飞行器l相对于地球 表面处于确定的位置和方向，iM处于地球的旋转方向并由此相对于地itt面总 尉呆持在同一位置和方向。此外，为平台10的后侧配设了尾翼19用于调节平台 10的高度。
图4的平台10优选根据空气动力学原理这样构成，即它倉的多与属于平台10 的"有J媳荷飞机"的滑翔伞一起如自动飞行器一样鹏,回到地球。
飞行器l当然配有^M的控制装置，使得其自动相对于地 面处于戶 望 的位置。此外它与地球上的控制中心通信，从而执行翻交换和来自地球的控制方案。
在飞行器UAt也球上升时，根据图5该飞行器l^i^配有附力啲气球5，通 过它们f詢多实现快息升，从而在短时间内穿M)(t流层。 一但飞行器i4A平流层， 可以脱开这m球。原则上飞行器也可以不用附加的气球到i^储望的高度。在氦气或其它气体泵入到气球58中之后，Sil将承载件17与平台10松开， 实现平台10与气球11、 12的分离，此后平台下降。必要时在不同的高度打开不 同的降落伞，其中在约3至5公里的高度，按图6打开滑翔伞61，平台10借助 工作的螺旋桨15返回至(Jii^t上戶蹄望的^S。 313±滑翔伞61的携带支持，平台 10會詢多具有较小的尺寸。乘lj下的气球ll、 12在大气中鹏。
也可以采用其它气懒卩氧气、氩气^m似气体割戈气球中的氦气或空气，并 且也可以采用喷气llit^S^^^g替fm點鬼桨15。
权利要求
1.无人驾驶的飞行器，它作为电信或其它科学目的的平台用于定位在平流层中预定的高度，包括携带平台(10)的并充有气体的高压气球(11)以及相对于地球保持平台位置的装置，其特征在于所述高压气球(11)设置在至少一个在平流层中具有空气动力学外形的外气球(12；12’)内，该外气球(12；12’)形成至少一个围绕高压气球(11)的可填充介质的低压或高压隔绝腔(20；50)，其中设置用于在隔绝腔(20；50)中循环的介质的加热和冷却装置，并且相对于地球保持平台位置的装置包括位于外气球(12；12’)外的可驱动的螺旋桨(15)或这类装置。
2. 根据权利要求1的飞行器，其特征在于用于加热或7轴卩狄隔绝腔(20;50)中的循环的介质的加热和7賴卩^g包括加热单元(31; 31，)以及)t4卩单元(30; 30，)，它们布置砂卜气球(12; 12，)之外將选^i似顿。
3. 根据权利要求2的飞行器，^#征在于泵入隔绝腔(20)中的循环的介 质是外部空气，其可以借助加热或冷却单元(31; 30)在夜间被加热，而在白天 被糊。
4. 根据权利要求2的飞行器，其特征在于泵入隔绝腔(50)中的循环的介 质是氦气，其可以借助加热或7賴口单元(31'; 30')在夜间被加热，而在白天被冷 却。
5. 根据权利要求4的飞行器，其特征在于在充有氦气的低压或高压隔绝腔(50)与高压气球(11)之间形成另一可填充外部空气的隔绝腔(51)。
6. 根据权利要求1-5之一的飞行器，其特征在于戶鹏卜气球(12; 12')在其表面上设有太阳能收集膜(40)用于在白天禾,太阳辐射能，其中在太阳能收 纖(40)上作为热屏,涂敷附力啲塑料层，特别是泡沫层。
7. 根据权利要求6的飞行器，欺寺征在于所述太阳能收纖(40)用于产 生电能，fflil该电能可以运行加热和^i卩单元(31、 31' ; 30、 30')禾P/或驱动螺 旋桨(15)禾口/或给其它电^S供电，其中电能存储到蓄电池和/^t料电池中。
8. 根据权利要求1-7之一的飞行器，其特征在于所避卜气球(12; 12')设 有红外线收^K (41)用于在夜间禾,来自于躯求的纟I^卜线辐射能。
9. 根据权利要求8的飞行器，期寺征在于所述红外线收劁莫(41)由日絶的约12 u m厚度的铝膜构成，其中在内侧涂敷附加的塑料层特别是泡沫层作为热屏,。
10. 根据权利要求8或9的飞行器，其特征在于不仅高压气球(11)而且 夕卜气球(12; 12，)由透明材料制成，其中红外线收^S莫(41)设置桫卜气球(12; 12')的朝向地球的内侧上。
11. 根据i^权利要求l-10之一的飞行器，其特征在于所淑點虔桨(15) j腿可转动地设置在布置衫卜气球(12; 12，)下面的平台(10)上，其中所過累 旋桨05)具有单独的转速并由此離多使飞行器(1)在水平的平面中旋转并由此始终占据戶储望的行驶方向。
12. 根据权利要求ll的飞行器，其特征在于所述平台(10)具有空气动力学的外形并配有滑翔伞，使得平台(10)与滑翔伞一起在与高压气f斜卩外气球分离后作为自动的飞行器返回地球。
13. 根据权利要求l的飞行器，其特征在于:设置附加的充有氦气的气球(58)， 该附加的气球(58)包含在平台(10)中，并且用作用于调节齡飞行器高度禾口使得平台(io)更容易着陆的,M尝腔。
全文摘要
一种无人驾驶的飞行器(1)，它作为用于电信或其它科学目的的平台应该定位在平流层中预定的高度，它包括携带平台(10)的并充有气体的高压气球(11)。高压气球(11)设置在平流层中具有空气动力学外形的外气球(12；12’)内，外气球(12；12’)形成围绕高压气球(11)的可填充介质的低压或高压隔绝腔(20；50)。此外设置用于在隔绝腔(20；50)中循环的介质的加热和冷却装置，相对于地球保持平台位置的装置包括位于外气球(12；12’)外的可电驱动的螺旋桨(15)或类似装置。由此，在很大程度上避免了极端的温差对高压气球中的气压的的负面影响，从而能够由更轻且更便宜的材料制造高压气球，并持久地提高高压气球的使用寿命。
文档编号B64B1/00GK101296841SQ200580050932
公开日2008年10月29日 申请日期2005年6月30日 优先权日2005年6月30日
发明者卡马尔·阿拉维 申请人:卡马尔·阿拉维