基于风帆助航的区域驻留浮空系统的制作方法

1.本发明涉及浮空器的技术领域，特别涉及基于风帆助航的区域驻留浮空系统。


背景技术：

2.浮空器是一种比重轻于空气，依靠大气浮力升空的常用飞行器，其具有环保、飞行平稳、噪音小以及驻空时间长等特点，在军用领域和民用领域均具有广阔的应用前景，因此，在现阶段，浮空器成为了各航空大国的研发热点。
3.现有的浮空器在平流层的东西方向上进行驻留时，可根据不同高度的风向发生明显反转这一特点，通过调节浮空器的高度来控制浮空器在东西方向航行；然而对于平流层的南北方向上，由于风向基本没有变化，因此浮空器在平流层的南北方向没有有效的控制方法。以至于浮空器发展到今天仍未能实现长久的区域驻留。


技术实现要素：

4.本发明意在提供基于风帆助航的区域驻留浮空系统，解决了浮空器在平流层的南北方向上进行驻留的问题。
5.为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：基于风帆助航的区域驻留浮空系统，包括由上至下依次设置的上气囊、风帆调节机构、第一载荷仓、下气囊和第二载荷仓，所述上气囊与下气囊内均填充有浮升气体，所述上气囊与风帆调节机构之间、风帆调节机构与第一载荷仓之间、第一载荷仓与下气囊之间、下气囊与第二载荷仓之间均连接有牵引绳；所述风帆调节机构包括第一帆板和面积小于第一帆板的第二帆板，所述第一帆板与相邻的牵引绳固定连接，所述第一帆板的一侧设有舵机，所述舵机的自由端设有连接杆，所述连接杆与第二帆板连接；所述第一载荷仓内设有牵引绳调节机构，所述牵引绳调节机构包括电机、涡轮和蜗杆，所述电机螺栓连接在第一载荷仓内，所述电机与蜗杆之间连接有联轴器，所述涡轮转动连接在第一载荷仓内，所述涡轮与蜗杆相配合，所述涡轮外套设有滚筒，所述滚筒与牵引绳的一端固定连接。
6.进一步的，所述上气囊与下气囊之间的牵引绳总长度为4
‑
8km。
7.通过上述设置，可使上气囊和下气囊分别布置于零风层风速相反的上下两端。
8.进一步的，所述第一帆板和第二帆板均采用对称机翼。
9.进一步的，所述第一帆板和第二帆板均采用充气机翼。
10.通过上述设置，可有效的降低本系统的整体重量，同时提升南北向升力。
11.与现有技术相比，本方案的有益效果：
12.1、本方案采用双气囊与帆板结构，利用帆板在东西方向风吹过时产生的南北向升力以抵消浮空器在南北向的漂移；
13.2、本方案在大帆板力臂(即本方案中的连接杆)上较远处布置角度可调的小帆板，当风吹过小帆板可使大帆板稳定地与风向呈特定夹角，从而可通过调节大帆板与小帆板之间的角度来实现上述特定角度的稳定调节；
14.3、本方案将上气囊与下气囊分别布置于零风层风速相反的上下两侧，当下气囊拖动上气囊逆风前进时，可使得帆板的相对风速增加，从而提高帆板上产生的升力。
15.4、本方案通过风帆调节机构来为本浮空系统提供法向气动力，从而抵消了本浮空系统在南北方向的漂移，从而实现了特定空域的长时间区域驻留。
附图说明
16.图1是本发明基于风帆助航的区域驻留浮空系统的结构示意图；
17.图2是本实施例中浮空系统处于南北方向无风状态下的风帆调解机构的俯视图；
18.图3是本实施例中浮空系统处于受北风状态下的风帆调解机构的俯视图；
19.图4是本实施例中浮空系统处于受南风状态下的风帆调解机构的俯视图；
20.图5是本实施例中某实验地区7月15日浮空器南北飞行距离对比图；
21.图6是本实施例中某实验地区7月1日浮空器南北飞行距离对比图。
具体实施方式
22.下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
23.说明书附图中的附图标记包括：上气囊1、第一载荷仓2、下气囊3、第二载荷仓4、牵引绳5、第一帆板6、第二帆板7、连接杆8、舵机9。
24.实施例
25.如附图1所示：基于风帆助航的区域驻留浮空系统，包括由上至下依次设置的上气囊1、风帆调节机构、第一载荷仓2、下气囊3和第二载荷仓4，上气囊1与下气囊3内均填充有浮升气体，浮升气体采用氦气。上气囊1与风帆调节机构之间、风帆调节机构与第一载荷仓 2之间、第一载荷仓2与下气囊3之间、下气囊3与第二载荷仓4之间均连接有牵引绳5。风帆调节机构包括第一帆板6和面积小于第一帆板6的第二帆板7，上气囊1与下气囊3之间的牵引绳5总长度为4km，从而可确保牵引绳5的长度足够穿过零风层，使得上气囊1与下气囊3分别位于零风层的上下两侧。第一帆板6的顶部和底部分别与相邻的牵引绳5固定连接，第一帆板6的右侧安装有舵机9，舵机9的自由端设有连接杆8，连接杆8的另一端与第二帆板7连接。第一帆板6和第二帆板7均采用对称机翼，对称机翼为充气机翼。第一载荷仓2内还安装有牵引绳调节机构，牵引绳调节机构包括电机、涡轮和蜗杆，电机螺栓连接在第一载荷仓内2，电机的输出轴与蜗杆之间同轴连接有联轴器，蜗杆的另一端转动连接在第一载荷仓2的侧壁上，涡轮的两端转动连接在第一载荷仓2的两个侧壁上，涡轮与蜗杆相啮合，蜗轮外还套设有滚筒，滚筒与牵引绳5的一端固定连接在一起。第二载荷仓4用于挂载各种工作设备。
26.本实施例的工作过程：利用风帆调节机构来第一载荷仓2与下气囊3之间的牵引绳5长度，使得上气囊1与下气囊3分别位于平流层零风层的上下两侧，此时上气囊1与下气囊3 之间的牵引绳5均处于拉直状态。
27.如附图2所示，当南北方向上处于无风状态时，通过舵机9使第一帆板6与第二帆板7 的夹角保持0
°
，此时本方案整体与风速方向保持平行。
28.如附图3所示，当存在明显的北风时，通过舵机9将第二帆板7逆时针调节一定角度，此时在第二帆板7与连接杆8所产生的气动力矩的作用下，第一帆板6顺时针转动而形成度数为正的迎风攻角，从而产生向南的气动力以抵消其在南风作用下的偏移。当作用在第
一帆板6上的气动力矩与第二帆板7上的气动力矩相平衡时，可使第一帆板6保持稳定的迎风攻角。
29.如附图4所示，当存在明显的南风时，通过舵机9将第二帆板7顺时针调节一定角度，此时在第二帆板7与连接杆8所产生的气动力矩的作用下，第一帆板6逆时针转动而形成度数为负的迎风攻角，从而产生向北的气动力以抵消其在北风作用下的偏移。当作用在第一帆板6上的气动力矩与第二帆板7上的启动力矩相平衡时，可使第一帆板6保持稳定的迎风攻角。
30.结合上述技术方案，利用上述技术方案以及一个缺少风帆调节机构的浮空器(其他部件均相同)进行实验，在同一地区不同日期内分别做了两次浮空驻留实验，得到如图5和图6 的浮空器南北飞行距离对比图，通过图5和图6可知，添加了风帆调节机构的浮空器在南北向的偏移大大减少，且驻留时间得到较大延长。
31.以上的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。