1.本发明属于浮空飞行器技术领域，涉及一种飞艇配平方法。
背景技术：
2.飞艇是一种轻于空气的航空器，由巨大的流线型艇体、位于艇体下面的吊舱、起稳定控制作用的尾翼和推进装置组成。艇体的气囊内充以密度比空气小的浮升气体(氢气或氦气)借以产生浮力使飞艇升空，副气囊内充装空气用于调节气囊的压力。吊舱供人员乘坐和装载货物。尾翼上安装舵面用来控制和保持航向、俯仰的稳定。
3.一般情况下，飞艇在飞行时的俯仰姿态主要通过尾翼舵面来进行调节。但是当飞艇装载了乘客、货物或抛洒了部分镇重物的情况下，可能导致重心前移或后移。此时需要增加额外的配重物进行飞艇配平，或由驾驶员长时间保持舵面处于特定的偏角才能将飞艇控制在平飞状态，也可以额外提供一套专门用于飞艇配平的调节机构。但是这些方法存在以下问题：
4.1、增加配重物会造成飞艇有效载荷能力的降低。
5.2、长时间保持舵面偏转会增加驾驶员的操作负担，同时减小飞艇舵面在正常飞行过程中的有效调节能力。
6.额外提供一套用于飞艇配平的调节机构会增加系统的复杂性，同时可能引入更多的故障点。
技术实现要素：
7.本发明针对前后双副气囊布局的飞艇，提出一种飞艇配平方法，以确保飞艇在压力高度以下平飞时，不必依赖额外的配重物、专用的配平机构、以及驾驶员长时间的操作动作，而仅是基于飞艇的压力和俯仰姿态信息对安装于前/后副气囊的风机、阀门工作状态进行控制，就可以实现飞艇的俯仰姿态和重心的自动调节功能。
8.一种飞艇配平方法，所述飞艇包括气囊和布置于气囊内的前后副气囊，所述配平方法包括：监测飞艇的俯仰角β；
9.当飞艇俯仰角β大于β4上仰时，控制风机对前副气囊充气，控制阀门对后副气囊排气；
10.当飞艇俯仰角β小于β1下俯时，控制阀门对前副气囊排气，控制风机对后副气囊充气；
11.β1《β4。
12.进一步，当飞艇俯仰角β配平至β2～β3范围内时，停止配平；
13.β1《β2《β3《β4。
14.进一步，所述配平方法还包括：在飞艇配平期间，实时监测气囊压力值pe；
15.当气囊压力值pe处于p1～p4范围内时，控制风机和阀门同时工作；
16.当气囊压力值pe上升至超过p4时，关闭风机仅控制阀门工作直至气囊压力值pe下
降至小于等于p2时，再次控制风机和阀门同时工作；
17.当气囊压力值pe下降至小于p1时，关闭阀门仅控制风机工作直至气囊压力值pe上升至大于等于p3时，再次控制风机和阀门同时工作；
18.p1《p2《p3《p4。
19.进一步，所述方法还包括，实时监测前副气囊丰满度λ1和后副气囊丰满度λ2；当λ1或λ2中任意一个值达到1％或100％时，停止配平。
20.进一步，当飞艇俯仰角β》β4上仰时，重复执行步骤a～步骤d直至飞艇俯仰角降至小于等于β3；
21.步骤a：监测气囊压力，若气囊压力值pe在p1～p4范围内，开启前副气囊风机组、后副气囊阀门组；进入步骤b；
22.步骤b：持续监测气囊压力值，若气囊压力值pe上升至大于p4时，进入步骤c，若气囊压力值pe下降至小于p1时，进入步骤d；否则持续步骤b；
23.步骤c：关闭前副气囊风机组且保持后副气囊阀门组开启，直至气囊压力pe下降至小于等于p2时，开启前副气囊风机组；返回步骤b；
24.步骤d：关闭后副气囊阀门组且保持前副气囊风机组开启，直至气囊压力pe上升至大于等于p3时，开启后副气囊阀门组；返回步骤b。
25.进一步，当飞艇俯仰角β《β1下俯时，重复执行步骤e～步骤h直至飞艇俯仰角上升至大于等于β2；
26.步骤e：监测气囊压力，若气囊压力值pe在p1～p4范围内，开启前副气囊风机组、后副气囊阀门组；进入步骤f；
27.步骤f：持续监测气囊压力值，若气囊压力值pe上升至大于p4时，进入步骤g，若气囊压力值pe下降至小于p1时，进入步骤h；否则持续步骤f；
28.步骤g：关闭后副气囊风机组且保持前副气囊阀门组开启，直至气囊压力值pe下降至小于等于p2时，开启后副气囊风机组，返回步骤f；
29.步骤h：关闭前副气囊阀门组且保持后副气囊风机组开启，直至气囊压力值pe上升至大于等于p3时，开启前副气囊风机组，返回步骤f。
30.进一步，β1＝-15
°
，β2＝-5
°
，β3＝5
°
，β4＝15
°
。
31.进一步，p1＝270pa，p2＝340pa，p3＝430pa，p4＝490pa。
32.本发明具有以下效果：
33.本发明专利提出了一种飞艇的配平方法。通过飞艇上常规配备的风机、阀门工作状态控制，实现前、后副气囊内部的空气体积占比和重量的调节，进而实现对飞艇重心和气囊压力的综合控制。该发明达到了如下效果：
34.1、本发明专利提供的配平方法基于飞艇常规的自有设备即可实现，不需要额外增加设备或系统即可实现飞艇的配平功能。使飞艇在满足功能要求的同时降低了系统的复杂程度、减轻了结构重量。
35.2、本发明专利提供的配平方法操作简单便捷，通过软件设置为自动执行程序时，驾驶员在飞艇处于平飞状态下不再需要手动调节飞艇姿态，极大的减轻了驾驶员的操作负担。
36.本发明专利提供的配平方法使得飞艇的俯仰姿态调节能力进一步得到了扩展，在
舵面达到极限偏度仍不能满足飞艇姿态调节要求的情况下采用本方法可以进一步增加飞艇的俯仰姿态角。
具体实施方式
37.飞艇为前后双副气囊布局形式，且前、后副气囊各配置相同数量的风机组、阀门组，且单组风机与单组阀门流量近似或相等。
38.在飞艇上设置多个差压传感器用于测量气囊压力，并取其平均值作为参与飞艇自动配平逻辑的气囊压力值pe。
39.在飞艇上设置航姿测量系统用于测量飞艇的俯仰姿态角β。
40.在飞艇上设置用于测量前、后副气囊丰满度的设备用于分别测量前、后副气囊丰满度值λ1和λ2。
41.飞艇在压力高度以下飞行，当飞艇俯仰角β在β1～β4范围内时，不进行自动配平。其中β1小于β4。
42.飞艇在压力高度以下飞行，当俯仰角β大于β4(上仰)时，飞艇启动配平程序，自动减小俯仰角：
43.a)此时若气囊压力pe在p1～p4范围内时，开启前副气囊风机组、后副气囊阀门组。
44.b)若气囊压力pe上升至大于p4时，关闭前副气囊风机组，保持后副气囊阀门组开启，此时压力开始下降，至气囊压力pe降至小于p2时，再恢复开启前副气囊风机组。
45.c)若气囊压力pe降至小于p1时，关闭后副气囊阀门组，保持前副气囊风机组开启，此时气囊压力pe开始上升，至气囊压力pe上升至p3时，再恢复开启后副气囊阀门组。
46.d)当俯仰角由β4减小至β3时，停止自动配平。其中β1小于β3，β3小于β4，p1小于p2、p2小于p3、p3小于p4。
47.飞艇在压力高度以下飞行，当俯仰角β小于β1(下俯)时，飞艇启动配平程序，自动增大俯仰角：
48.a)此时若气囊压力pe在p1～p4范围内时，开启前副气囊阀门组、后副气囊风机组。
49.b)此状态下若气囊压力pe上升至大于p4时，关闭后副气囊风机组，保持前副气囊阀门组开启，此时压力开始下降，至气囊压力pe降至小于p2时，再恢复开启后副气囊风机组。
50.c)若气囊压力pe降至小于p1时，关闭前副气囊阀门组，保持后副气囊风机组开启，此时气囊压力pe开始上升，至气囊压力pe上升至p3时，再恢复开启前副气囊阀门组。
51.d)当俯仰角由β1增大至β2时，停止自动配平。其中β1小于β2，β2小于β3。
52.进一步地，设定前副气囊丰满度为λ1、后副气囊丰满度为λ2，飞艇在配平的过程中，当λ1、λ2中任意一个值达到1％或100％时，配平程序自动终止。
53.本实施例中，飞艇包含气囊、前副气囊、后副气囊三个气室。前、后副气囊各配置两组风机、两组阀门，且单组风机与单组阀门流量近似。设定飞艇俯仰姿态角在超过-15
°
～15
°
范围时启动自动配平程序，即β1＝-15
°
，β4＝15
°
。飞艇在上仰状态下配平至β3＝5
°
时停止自动配平，在下俯状态下配平至β2＝-5
°
时停止自动配平。配平过程中，气囊压力在270pa～490pa范围内时，开启前、后副气囊各两组风机、阀门，即p1＝270pa，p4＝490pa；配平过程中，气囊压力大于490pa关闭已开启的两组风机，此时气囊压力会下降，至压力降至340pa时
重新开启关闭的两组风机，即p2＝340pa；配平过程中，气囊压力小于270pa关闭已开启的两组阀门，此时气囊压力会上升，至压力升至430pa时重新开启关闭的两组阀门，即p3＝430pa。
54.实施例一
55.本实施例，飞艇通过传感器测量俯仰姿态角β、气囊压力pe、前副气囊丰满度λ1、后副气囊丰满度λ2，数值分别为β＝16
°
，pe＝450pa，λ1＝λ2＝50％。
56.可知，β》β4，p1《pe《p4。此时配平程序自动执行，控制前副气囊的两组风机和后副气囊的两组阀门开启，气囊压力pe基本维持不变，前副气囊丰满度λ1增大，后副气囊丰满度λ2减小，飞艇俯仰姿态角β逐渐减小。当β≤β3或λ1＝100％或λ2＝1％时，配平程序停止。
57.实施例二
58.本实施例，飞艇通过传感器测量俯仰姿态角β、气囊压力pe、前副气囊丰满度λ1、后副气囊丰满度λ2，数值分别为β＝16
°
，pe＝491pa，λ1＝λ2＝50％。
59.可知，β》β4，pe》p4。此时配平程序自动执行，控制后副气囊的两组阀门开启，气囊压力pe逐渐减小，至pe≤p2时，控制前副气囊的两组风机开启，气囊压力基本维持不变，前副气囊丰满度λ1增大，后副气囊丰满度λ2减小，飞艇俯仰姿态角β逐渐减小。当β≤β3或λ1＝100％或λ2＝1％时，配平程序停止。
60.实施例三
61.本实施例，飞艇通过传感器测量俯仰姿态角β、气囊压力pe、前副气囊丰满度λ1、后副气囊丰满度λ2，数值分别为β＝16
°
，pe＝269pa，λ1＝λ2＝50％。
62.可知，β》β4，pe＜p1。此时配平程序自动执行，控制前副气囊的两组风机开启，气囊压力pe逐渐增大，至pe≥p3时，控制后副气囊的两组阀门开启，气囊压力基本维持不变，前副气囊丰满度λ1增大，后副气囊丰满度λ2减小，飞艇俯仰姿态角β逐渐减小。当β≤β3或λ1＝100％或λ2＝1％时，配平程序停止。
63.实施例四
64.本实施例，飞艇通过传感器测量俯仰姿态角β、气囊压力pe、前副气囊丰满度λ1、后副气囊丰满度λ2，数值分别为β＝-16
°
，pe＝450pa，λ1＝λ2＝50％。
65.可知，β《β1，p1《pe《p4。此时配平程序自动执行，控制后副气囊的两组风机和前副气囊的两组阀门开启，气囊压力pe基本维持不变，前副气囊丰满度λ1减小，后副气囊丰满度λ2增大，飞艇俯仰姿态角β逐渐增大。当β≥β2或λ1＝1％或λ2＝100％时，配平程序停止。
66.实施例五
67.本实施例，飞艇通过传感器测量俯仰姿态角β、气囊压力pe、前副气囊丰满度λ1、后副气囊丰满度λ2，数值分别为β＝-16
°
，pe＝491pa，λ1＝λ2＝50％。
68.可知，β《β1，pe》p4。此时配平程序自动执行，控制前副气囊的两组阀门开启，气囊压力pe逐渐减小，至pe≤p2时，控制后副气囊的两组风机开启，气囊压力基本维持不变，前副气囊丰满度λ1减小，后副气囊丰满度λ2增大，飞艇俯仰姿态角β逐渐增大。当β≥β2或λ1＝1％或λ2＝100％时，配平程序停止。
69.实施例六
70.本实施例，飞艇通过传感器测量俯仰姿态角β、气囊压力pe、前副气囊丰满度λ1、后副气囊丰满度λ2，数值分别为β＝-16
°
，pe＝269pa，λ1＝λ2＝50％。
71.可知，β《β1，pe＜p1。此时配平程序自动执行，控制后副气囊的两组风机开启，气囊压力pe逐渐增大，至pe≥p3时，控制前副气囊的两组阀门开启，气囊压力基本维持不变，前副气囊丰满度λ1减小，后副气囊丰满度λ2增大，飞艇俯仰姿态角β逐渐增大。当β≥β2或λ1＝1％或λ2＝100％时，配平程序停止。
72.实施例中，风机和阀门同时开启的数量可以是相同的，也可以是不同的，单组风机与单组阀门的流量可以是相同的也可以是不同的，配平过程中只需要保证充气流量与排气流量相近即可；配平过程中，当pe《p1时，可以关闭已开启的阀门，也可以不关闭已开启的阀门，不关闭已开启的阀门时需要增加用于充气的风机数量，即需要保证充气流量大于排气流量；配平过程中，当pe》p4时，可以关闭已开启的风机、也可以不关闭已开启的风机，不关闭已开启的风机时需要增加用于排气的阀门数量，即需要保证排气流量大于充气流量。