一种基于太阳能的变密度无人飞艇的制作方法

本发明属于无人飞艇领域，具体涉及一种基于太阳能的变密度无人飞艇。

背景技术：

飞艇一般采用内燃机或蓄电池作为动力，续航时间有限。最近有太阳能飞艇出现，但整个飞行过程均需要开动电机才能前进并控制飞行方向，能源消耗大，对太阳能电池阵的需求和蓄电池容量要求高，导致飞艇本身笨重。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于太阳能的变密度无人飞艇，克服或减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

本发明的目的通过如下技术方案实现：一种基于太阳能的变密度无人飞艇，包括艇体，升力翼、尾翼以及太阳能电池板，艇体为水滴状的对称流线型，在该艇体的尖部一端设置呈十字交叉状的尾翼，在该艇体的两侧对称设置升力翼，并在两升力翼及艇体面向太阳一侧上铺装太阳能电池板，以为整个艇体提供动力来源，在艇体内部设置有控制艇体上浮或下沉的动力装置，并在该动力装置两边分别连接有延伸至艇体两端的供其进气与排气的管路。

优选地是，在所述艇体背对太阳一侧设置任务设备舱，舱内搭载有载荷设备，如雷达、成像设备、红外设备、大气监测设备。

优选地是，所述艇体由柔性蒙皮以及位于柔性蒙皮内部起承托作用的承力框架组成。

优选地是，所述升力翼为为梯形机翼，且其上下两面对称布置，前缘后掠，后缘处设置可调节的副翼。

优选地是，所述尾翼中的一对机翼与升力翼平行设置，另一对机翼与升力翼垂直设置，并且每一机翼的后缘处均设置一舵面，用以控制所述艇体的升降及方向。

优选地是，所述动力装置包括充满氦气的主气囊、用以充放空气的压缩机以及储气瓶，通过氦气产生的浮力使得飞艇升空，并通过压缩机使得储气瓶中充入压缩空气和排出空气，以改变飞艇的密度，使得飞艇按照锯齿状飞行路线滑翔机动。

本发明所提供的一种基于太阳能的变密度无人飞艇的有益效果在于，该飞艇无需额外能源，可长期在空中值守并可根据需要进行远程机动；搭载不同的任务载荷，可以作为空中预警、边境巡逻、森林火灾监控、大气数据监测等用途的长期免维护的自动飞行平台；该飞艇的飞行方式为利用压缩机充气、放气产生的重量改变而不断变化高度，在气动作用下进行滑翔。由于采用浮力方式留空，且无需使用发动机推进，减少了对动力的依赖，达到节能的效果；艇体、升降舵上大面积采用太阳能电池面板，飞行器的所有能源均来自太阳能发电，不产生污染和排放。

附图说明

图1为本发明基于太阳能的变密度无人飞艇的主视图；

图2为本发明基于太阳能的变密度无人飞艇的俯视图；

图3为本发明基于太阳能的变密度无人飞艇的左视图；

图4为本发明基于太阳能的变密度无人飞艇的飞行轨迹图；

图5为本发明基于太阳能的变密度无人飞艇的飞行密度调整示意图；

图6为本发明基于太阳能的变密度无人飞艇上浮时的受力平衡图；

图7为本发明基于太阳能的变密度无人飞艇下沉时的受力平衡图。

附图标记：

1-舱体、2-设备舱、3-太阳能电池板、4-升力翼、5-副翼、6-尾翼、7-舵面、8-进气口、9-动力装置、10-尾喷口。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明的基于太阳能的变密度无人飞艇做进一步详细说明。

首先介绍本发明的外形和布局。如图1至3所示，一种基于太阳能的变密度无人飞艇，包括艇体1，升力翼4、尾翼6以及太阳能电池板3。艇体1为水滴状的对称流线型，圆滑而巨大的艇体1由柔性蒙皮以及位于柔性蒙皮内部起承托作用的承力框架构成。在该艇体1的两侧对称设置升力翼4，该升力翼4为梯形机翼，且其上下两面对称布置，前缘后掠，后缘处设置可调节的副翼5。并在两升力翼4及艇体1面向太阳一侧上铺装3太阳能电池板3，以为整个艇体1提供动力来源，该太阳能电池板3白天将能量储存在蓄电池中，供飞艇夜间使用，实现24小时不间断可控飞行。在艇体1背对太阳一侧则设置任务设备舱，根据不同任务舱内搭载相应的载荷设备，如雷达、成像设备、红外设备、大气监测设备等。在该艇体1的尖部一端设置呈十字交叉状的尾翼6，包含对称的水平安定面及升降舵、垂直安定面及方向舵，即尾翼6中的一对机翼与升力翼4平行设置，另一对机翼与升力翼4垂直设置，在每一机翼的后缘处均设置一舵面7，用以控制艇体1的升降及方向。在艇体1内部设置有控制艇体1上浮或下沉的动力装置9，并在该动力装置9两边分别连接有延伸至艇体1两端的供其进气与排气的管路，其中，尖部一端连通管路的为尾喷口10，相对尖部一端连通管路的为进气口8。该动力装置9包括充满氦气的主气囊、用以充放空气的压缩机以及储气瓶，通过氦气产生的浮力使得飞艇升空，并通过压缩机使得储气瓶中充入压缩空气和排出空气，以改变飞艇的密度，需要说明的是，飞艇仅在最高点启动压缩机压缩空气，提高自身重量和平均密度，从而实现无动力下滑，在最低点时无需使用能源，仅通过打开喷嘴向后喷射压缩空气产生前进动力，同时减小自身重量和平均密度实现上浮，进而使得飞艇按照锯齿状飞行路线滑翔机动，如图4所示，又由于飞艇在整个飞行过程中始终具有下沉或上浮的速度，因此姿态和轨迹可控，在上升和下降的过程中均能实现水平方向的机动。

其次介绍本发明的动力装置。本飞艇采用滑翔飞行方式，无需依靠发动机推动，其动力装置为压缩机，该压缩机用于向储气瓶充入压缩空气，充到指定气压时，全艇重量应显著大于该艇产生的总浮力，反之，储气瓶将其中的空气释放完以后，全艇重量应显著小于该艇产生的总浮力。当飞艇在地面时，储气瓶内充满一定压强的压缩空气，空气的重量抵消了主气囊产生的浮力。当飞艇起飞或向上滑翔时，打开排气阀门，向后将储气瓶内的压缩空气排出，使飞艇的重力小于所受的浮力，并在浮力作用下爬升，在上浮的过程中，通过尾翼6控制飞艇的姿态，使升力翼4产生负迎角，进而产生向前下方的负升力，利用其负升力的水平分量使飞艇前进，通过副翼5和舵面7控制前进方向，如图6所示。当飞艇达到预定高度需要下降时，压缩机从机身外部吸入空气并压缩到储气瓶中，使飞艇的重力大于所受的浮力，进入下降滑翔，在下沉的过程中，通过尾翼6控制飞艇的姿态，使升力翼4产生正迎角，进而产生向前上方的正升力，利用其正升力的水平分量使飞艇前进，通过副翼5和舵面7控制前进方向，如图7所示。压缩机在机身下部设备舱内，进气口8位于艇体1前部，尾喷口10位于艇体1后部，这样，进、排气的过程也会产生一定的推力，如图5所示。整个飞行过程中，仅在轨迹最高点压缩机需要工作；在最低点仅需要打开排气阀排气即可。压缩机的能量来自太阳能电池，同时该太阳能电池还将为载荷设备提供所需电能，而无需任何燃料。整个飞行过程中对大气没有任何污染。机身内的蓄电池将电能储存起来，以备动力装置工作时使用，夜间或阴天飞行完全依赖蓄电池为能源，当蓄电池能量不足，动力装置停机，飞行器能够悬浮在一定高度，保持载荷设备的最小能耗，等待太阳能电池重新工作。这样，飞艇能够实现24小时无间歇留空飞行。采用压缩机充气、放气产生的重量变化为动力，减少了飞行器对动力的依赖，达到节能的效果，同时可以减轻发动机带来的重量代价，同时采用主气囊和储气瓶的设计，主气囊中的氦气泄露速度非常低，能满足长时航行的要求。

最后介绍本发明的起降与操纵。飞艇利用浮力升空，采用的是垂直起飞和滑翔降落方式。起飞时由绳索固定，压缩机将储气瓶的空气排出使飞行器处于浮力状态，将绳索从地面脱开，飞艇升空并快速爬升，开始沿锯齿轨迹巡航。降落时储气瓶压入空气，飞艇先下降到低空，调整至悬浮或低速滑翔状态，同时从任务设备舱伸出拦阻钩被地面拦阻索捕获，完成降落。在巡航阶段，飞艇通过机载计算机操纵副翼5、升降舵、方向舵进行航向和姿态控制。飞艇设置了有人监控和无人自主飞行两种控制模式。在无人自主飞行模式下，通过卫星导航按照规划的路线巡航，进行空中值守。当需要实时控制飞行路线时，由地面终端发送控制指令修正飞行轨迹。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。