辅升气球带宽体可变翼的平流层飞艇稳态升降的方法与流程

文档序号:12444939阅读:来源:国知局

技术特征:

1.宽体可变翼的平流层飞艇,其特征在于:该飞艇包括宽艇体、太阳能发电装置(10)、矢量推进器(9)、折叠艇翼(5)、压力系统和飞控系统;宽艇体上部铺设安装有太阳能发电装置(10),折叠艇翼(5)安装在宽艇体的两侧,折叠艇翼(5)是骨架结构,且上部固定安装有太阳能发电装置(10)的太阳能电池,折叠艇翼(5)能折叠收缩或者平铺展开,矢量推进器(9)对称的安装在宽艇体的两侧和宽艇体的后部,压力系统完成宽艇体的充气或者放气工作,太阳能发电装置(10)为矢量推进器(9)、压力系统、折叠艇翼(5)和飞控系统供电,飞控系统分别与太阳能发电装置(10)、矢量推进器(9)、折叠艇翼(5)和压力系统电连接,且分别控制太阳能发电装置(10)、矢量推进器(9)、折叠艇翼(5)和压力系统工作。

2.根据权利要求1所述的宽体可变翼的平流层飞艇,其特征在于:该飞艇还包括副翼(6)、尾翼(7)、舵面(8)和辅升气球装置,副翼(6)设置于折叠艇翼(5)后部,且副翼(6)能相对于折叠艇翼(5)调节角度,尾翼(7)包括设置于飞艇尾部两侧的双水平尾翼和设置于飞艇尾部的上部的双垂直尾翼,舵面(8)设置于尾翼(7)后部,且舵面(8)能相对于尾翼(7)调节角度;辅升气球装置包括辅升气球(12)、牵引绳(13)和锁扣(14),所述锁扣(14)固定安装在飞艇上部,且锁扣(14)与飞控系统电连接,即锁扣(14)受飞控系统控制锁定或者开启,辅升气球(12)通过牵引绳(13)固定在锁扣(14)上,锁扣(14)锁定时辅升气球(12)与飞艇连接在一起,锁扣(14)开启时辅升气球(12)与飞艇分离。

3.根据权利要求2所述的宽体可变翼的平流层飞艇,其特征在于:所述宽艇体是由三个单囊体(1)连体组合而成,宽艇体的长度与宽度的比例为2.1~2.5:1;一个单囊体(1)位于中间,两个单囊体(1)位于两侧,且中间的单囊体(1)的头部突出于两侧的单囊体(1)的头部;中间的单囊体(1)水平位置高于两侧的单囊体(1),即三个单囊体(1)在中间的单囊体(1)下部围成一个吊舱空间;所述压力系统包括鼓风机和放气阀门,鼓风机和放气阀门均安装在单囊体上,鼓风机用于向单囊体中充气,放气阀门用于单囊体的放气;所述单囊体(1)包括主气囊(2)和设置在主气囊(2)内部的副气囊,所述副气囊分为前副气囊(3)和后副气囊(4),主气囊(2)、前副气囊(3)和后副气囊(4)分别有压力系统完成充气或者放气工作,主气囊(2)中充氦气,副气囊中充空气,副气囊的总容积占整个宽艇体容积的93%,主气囊(2)的总容积占整个宽艇体容积的7%。

4.根据权利要求3所述的宽体可变翼的平流层飞艇,其特征在于:该飞艇还包括着陆缓冲装置(11)和艇载设备保护装置,两侧的两个单囊体(1)下部分别设置安装有着陆缓冲装置(11),所述着陆缓冲装置在飞艇着陆时才启动打开;艇载设备保护装置在飞艇超重难以正常飞行时,将艇载设备弹射出去,且打开固定在艇载设备上的降落伞,保护艇载设备安全着陆;所述飞艇的两侧分别固定安装有三个矢量推进器(9),且飞艇的后部固定安装有两个矢量推进器(9),矢量推进器(9)使用碳纤维骨架支撑,内部用悬挂屏吊载安装在飞艇上;所述太阳能发电装置(10)使用薄膜或非晶硅太阳能电池,太阳能电池边沿下侧两米处安装设置折叠艇翼(5);所述折叠艇翼(5)的骨架结构由碳纤维、钛铝合金或者镍钛合金材料制成,在地面、上升过程、下降过程中或者没有太阳的时候折叠艇翼(5)都处于折叠收缩状态,在处于平流层时折叠艇翼(5)平铺展开,且其上部的太阳能电池也平铺展开开始工作。

5.辅升气球带宽体可变翼的平流层飞艇的稳态上升方法,其特征在于:所述飞艇是权利要求1~4中任意一项所述的宽体可变翼的平流层飞艇,该飞艇上升方法包括以下步骤:

飞艇成型:将飞艇的艇体充满气体,然后安装太阳能发电装置(10)、矢量推进器(9)和飞控系统,即飞艇成型;

放飞飞艇:将成型的飞艇放飞,飞艇凭借自身浮力上升至平流层;

折叠艇翼展开:到达平流层后,飞控系统控制折叠艇翼(5)平铺展开,且其上部的太阳能电池也平铺展开开始工作。

6.根据权利要求5所述的辅升气球带宽体可变翼的平流层飞艇的稳态上升方法,其特征在于:

该飞艇上升方法中的放飞飞艇具体包括以下步骤:

固定辅升气球(12):成型的飞艇上部固定锁扣(14),并将锁扣(14)锁定固定有辅升气球(12)的牵引绳(13),辅升气球(12)内充氢气或者氦气,将固定有辅升气球(12)的飞艇放飞,飞艇凭借自身和辅升气球(12)的浮力上升至平流层;

释放辅升气球(12):飞艇抵达平流层后,飞控系统控制锁扣(14)开启,将辅升气球(12)与飞艇分离。

7.根据权利要求6所述的辅升气球带宽体可变翼的平流层飞艇的稳态上升方法,其特征在于:所述飞艇上升率为5~7米/秒;所述飞艇的气囊分为主气囊(2)和副气囊,其中主气囊(2)中充的是氦气,副气囊中充的是空气,氦气占总充气量的7%,空气占总充气量的93%;所述飞艇成型过程中,副气囊充满空气后副气囊压力为200~400帕,主气囊(2)充满氦气后主气囊(2)压力正常为300~400帕,最大不超过600帕。

8.宽体可变翼的平流层飞艇的稳态下降方法,其特征在于:所述飞艇是权利要求1~4中任意一项所述的宽体可变翼的平流层飞艇,该飞艇下降方法包括以下步骤:

折叠艇翼收起:飞控系统控制折叠艇翼(5)折叠收缩;

飞艇保持形状:飞艇从外界抽取空气填充飞艇内氦气收缩产生的空间,保持飞艇形状与飞艇上升时一致;

飞艇下降:飞艇凭借重力下降;

飞艇着陆:飞艇下降至距离地面1200米以上时,启动飞艇的电动机,控制飞艇俯仰角度和下降率,控制飞艇着陆。

9.根据权利要求8所述的宽体可变翼的平流层飞艇的稳态下降方法,其特征在于:所述飞艇下降率小于或者等于5米/秒;所述飞艇着陆的具体步骤是,所述飞艇下降至距离地面1200米以上时,启动飞艇的电动机,控制飞艇保持-2~0度俯角,并且将飞艇的下降率调整至3米/秒;所述飞艇下降至距离地面300米时,控制飞艇保持0~+2度仰角,使用飞艇的电动机,将飞艇的下降率调整至1米/秒;飞艇下降至距离地面50米时,放下系留缆;所述飞艇下降至距离地面10米时,使用飞艇的电动机将飞艇的下降率调整至0.5米/秒,电动机矢量控制和舵面操纵飞艇以仰角3~5度保持迎风着陆;所述飞艇下降时,如果为超重状态,在飞艇下降至距离地面3000米时,飞控系统控制艇载设备保护装置将艇载设备弹射出去,且打开固定在艇载设备上的降落伞,保护艇载设备安全着陆;在飞艇距离地面50米左右时,着陆缓冲装置(11)自动启动。

10.一种宽体可变翼的平流层飞艇保持巡航高度的方法,其特征在于:当权利要求1~4中任意一项所述的飞艇低于巡航高度时,选择以下三种方式中的至少一种方式使飞艇回到巡航高度:

第一种上升方式:控制飞艇的副翼(6)相对折叠艇翼(5)向上调节角度,增加副翼(6)的仰角,控制飞艇的舵面(8)相对于水平尾翼(7)向上调节角度,增加舵面(8)的仰角,控制飞艇的矢量推进器(9)提供动力,使飞艇回到巡航高度;

第二种上升方式:控制飞艇的后副气囊(4)和/或前副气囊(3)的压力系统,使飞艇保持仰角,控制飞艇的矢量推进器(9)提供动力,使飞艇回到巡航高度;

第三种上升方式:控制飞艇的矢量推进器(9),使飞艇回到巡航高度;所述第二种上升方式中使飞艇保持仰角的具体方法是以下的至少一种:

控制飞艇的后副气囊(4)充气并同时控制前副气囊(3)放气,使飞艇保持仰角;

控制飞艇的后副气囊(4)中的空气量大于前副气囊(3)中的空气量,即后副气囊(4)中的空气质量大于前副气囊(3)中的空气质量,使飞艇保持仰角;

所述第三种上升方式的具体方法是以下的至少一种:

控制飞艇两侧的矢量推进器(9)开启并向上30~90度,为飞艇提供向上的拉力,使飞艇回到巡航高度;

控制飞艇后部的矢量推进器(9)开启并向下30~90度,为飞艇提供向上的推力,使飞艇回到巡航高度;

当权利要求1~4中任意一项所述的飞艇高于巡航高度时,选择以下三种方式中的至少一种方式使飞艇回到巡航高度:

第一种下降方式:控制飞艇的副翼(6)相对折叠艇翼(5)向下调节角度,增加副翼(6)的俯角,控制飞艇的舵面(8)相对于水平尾翼(7)向下调节角度,增加舵面(8)的俯角,控制飞艇的矢量推进器(9)提供动力,使飞艇回到巡航高度;

第二种下降方式:控制飞艇的后副气囊(4)和/或前副气囊(3)的压力系统,使飞艇保持俯角,控制飞艇的矢量推进器(9)提供动力,使飞艇回到巡航高度;

第三种下降方式:控制飞艇的矢量推进器(9),使飞艇回到巡航高度;所述第二种下降方式中使飞艇保持俯角的具体方法是以下的至少一种:

控制飞艇的后副气囊(4)放气并同时控制前副气囊(3)充气,使飞艇保持俯角;

控制飞艇的后副气囊(4)中的空气量小于前副气囊(3)中的空气量,即后副气囊(4)中的空气质量小于前副气囊(3)中的空气质量,使飞艇保持俯角;

所述第三种下降方式的具体方法是以下的至少一种:

控制飞艇两侧的矢量推进器(9)开启并向下30~90度,为飞艇提供向下的拉力,使飞艇回到巡航高度;

控制飞艇后部的矢量推进器(9)开启并向上30~90度,为飞艇提供向下的推力,使飞艇回到巡航高度。

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