一种可维形的软式平流层飞艇及操控方法

本发明涉及飞艇，特别是涉及一种可维形的软式平流层飞艇及操控方法。

背景技术：

1、飞艇从结构上可以分为硬式飞艇、半硬式飞艇和软式飞艇。软式飞艇不同于传统硬式飞艇，其外壳材料采用柔性材料，例如聚氨酯、尼龙、涤纶等，以替代传统的金属结构骨架。这种设计可以减轻飞艇的整体重量，避免金属骨架所带来的重量负担，从而提高软式飞艇的升力能力和搭载重量容量。由于软式飞艇无需使用金属骨架作为支撑，因此可以实现更轻量化的设计。同时，由于采用超压形式维持飞艇的形状，避免了传统硬式飞艇由金属骨架支撑而导致的重量增加的问题。然而，由于软式飞艇的外形主要受内部气体的压力控制，因此在使用过程中，其外形可能会随着内部气体压力的变化而发生相应的变化。

2、软式飞艇的地面装配阶段相对于其他类型的飞艇而言，更为复杂繁琐，同时囊体在这个过程中存在被划破的风险。软式飞艇的起飞阶段大多数情况下是半成型的，这种状态下飞艇容易出现振动、来风、以及姿态变化过大等情况，这些都有可能导致搭载在飞艇上的其他设备划破囊体。此外，在飞行过程中，软式飞艇也有可能遭遇超冷失压的情况，进而导致设备划伤囊体的风险。通过采用一些措施来保持软式飞艇外形不变，可以有效解决设备划伤软式飞艇囊体的问题。

3、目前，在平流层飞艇的降落阶段，常见的做法是采用囊体爆破开口泄气的方式，但这种方法会导致飞艇的外形迅速变形，降落地点难以精确控制，降落速度较快，从而容易导致搭载设备的损坏。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种可维形的软式平流层飞艇及操控方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够可靠地实现平流层飞艇维持基本形状，并能够减少地面集成、升空、失压和降落阶段设备或结构划伤囊体的可能性，同时还能够提高下降过程的稳定性。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明提供一种可维形的软式平流层飞艇，包括囊体、气囊骨架、尾翼和风机系统，所述气囊骨架设置于所述囊体内，用于在充气后形成对所述囊体的结构支撑并维持所述囊体的外形，所述尾翼设置于所述囊体尾部，所述气囊骨架和所述尾翼均与所述风机系统连接，所述气囊骨架和所述尾翼通过所述风机系统能够进行充放气。

4、优选地，所述气囊骨架包括依次连接的前部气囊骨架、中部气囊骨架和后部气囊骨架，所述前部气囊骨架包括头部网状气囊骨架和与所述头部网状气囊骨架连接的第一圆环气囊组，所述第一圆环气囊组包括多个依次连接的第一圆环气囊；所述中部气囊骨架包括第二圆环气囊组，所述第二圆环气囊组包括多个依次连接的第二圆环气囊；所述后部气囊骨架包括尾部网状气囊骨架和与所述尾部网状气囊骨架连接的第三圆环气囊组，所述第三圆环气囊组包括多个依次连接的第三圆环气囊；所述头部网状气囊骨架、所述第一圆环气囊组、所述第二圆环气囊组、所述第三圆环气囊组和所述尾部网状气囊骨架由头至尾依次连接并连通。

5、优选地，所述前部气囊骨架支撑所述囊体头部至所述囊体中轴线30％的区域，所述中部气囊骨架支撑所述囊体中轴线30％至70％的区域，所述后部气囊骨架支撑所述囊体中轴线70％至所述囊体尾端的区域。

6、优选地，所述囊体和所述气囊骨架的材质相同。

7、优选地，所述风机系统包括风机、第一气管、第二气管、气囊骨架阀门和尾翼阀门，所述风机设置于风机舱内，所述第一气管连接所述风机与所述气囊骨架，所述第二气管连接所述风机与所述尾翼，所述气囊骨架阀门设置于所述第一气管上，所述尾翼阀门设置于所述第二气管上。

8、优选地，所述前部气囊骨架与所述中部气囊骨架的交界处以及所述中部气囊骨架与所述后部气囊骨架的交界处均设置一个交界圆环气囊，所述交界圆环气囊的切面半径大于所述第一圆环气囊、所述第二圆环气囊和所述第三圆环气囊的切面半径。

9、一种以上所述的可维形的软式平流层飞艇的操控方法，包括：

10、飞艇装配阶段：先完成飞艇顶部及其他位置的设备和线缆装配，启动风机系统向气囊骨架内充气，在气囊骨架逐渐膨胀过程中，通过控制充气速度，时刻监测气囊骨架的状态，并根据实际装配需求随时暂停充气，使用当前飞艇整体状态来调整艇体周围的设备及线缆的位置和紧固程度，直至气囊骨架完全成型后，对飞艇底部设备进行集成工作；

11、飞艇升空阶段：起飞前，气囊骨架保持为充气状态，基于浮重平衡和盈余浮力，向囊体内充入相应的氦气，无需充满整个囊体，使其浮力大于重力，满足放飞条件，在升空过程中，不断地打开/关闭囊体自身的阀门及气囊骨架阀门，进行压差控制，气囊骨架逐渐放气，在上升过程中与囊体共同维持飞艇外形，直至囊体自身能够维形后，关闭囊体阀门，飞艇缓慢上升，气囊骨架阀门持续开启至气囊骨架内气体放气完毕；

12、飞艇遇超冷环境而失压：当研判飞艇可能遭遇超冷环境时，提前启动风机系统，打开气囊骨架阀门，往气囊骨架中充入气体，气囊骨架逐渐膨胀，直至能够维持飞艇形状，充气完毕后关闭气囊骨架阀门，停止向气囊骨架内充气；

13、飞艇降落阶段：在降落前应当做好维形准备，不断往气囊骨架充气，使得气囊骨架逐渐膨胀，直至能够承担维形任务，同时打开囊体自身阀门，逐渐放出氦气，使得飞艇保持一定的外形下降，保证飞艇具备一定的控制能力，以便预测飞艇的降落位置。

14、本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

15、本发明提供一种可维形的软式平流层飞艇及操控方法，通过在囊体内设置可充放气的气囊骨架，在囊体尾部设置可充放气的尾翼，将气囊骨架和尾翼均与风机系统连接以进行充放气控制，能够可靠地实现平流层飞艇维持基本形状，并能够减少地面集成、升空、失压和降落阶段设备或结构划伤囊体的可能性，同时还能够提高下降过程的稳定性。

技术特征：

1.一种可维形的软式平流层飞艇，其特征在于：包括囊体、气囊骨架、尾翼和风机系统，所述气囊骨架设置于所述囊体内，用于在充气后形成对所述囊体的结构支撑并维持所述囊体的外形，所述尾翼设置于所述囊体尾部，所述气囊骨架和所述尾翼均与所述风机系统连接，所述气囊骨架和所述尾翼通过所述风机系统能够进行充放气。

2.根据权利要求1所述的可维形的软式平流层飞艇，其特征在于：所述气囊骨架包括依次连接的前部气囊骨架、中部气囊骨架和后部气囊骨架，所述前部气囊骨架包括头部网状气囊骨架和与所述头部网状气囊骨架连接的第一圆环气囊组，所述第一圆环气囊组包括多个依次连接的第一圆环气囊；所述中部气囊骨架包括第二圆环气囊组，所述第二圆环气囊组包括多个依次连接的第二圆环气囊；所述后部气囊骨架包括尾部网状气囊骨架和与所述尾部网状气囊骨架连接的第三圆环气囊组，所述第三圆环气囊组包括多个依次连接的第三圆环气囊；所述头部网状气囊骨架、所述第一圆环气囊组、所述第二圆环气囊组、所述第三圆环气囊组和所述尾部网状气囊骨架由头至尾依次连接并连通。

3.根据权利要求2所述的可维形的软式平流层飞艇，其特征在于：所述前部气囊骨架支撑所述囊体头部至所述囊体中轴线30％的区域，所述中部气囊骨架支撑所述囊体中轴线30％至70％的区域，所述后部气囊骨架支撑所述囊体中轴线70％至所述囊体尾端的区域。

4.根据权利要求1所述的可维形的软式平流层飞艇，其特征在于：所述囊体和所述气囊骨架的材质相同。

5.根据权利要求1所述的可维形的软式平流层飞艇，其特征在于：所述风机系统包括风机、第一气管、第二气管、气囊骨架阀门和尾翼阀门，所述风机设置于风机舱内，所述第一气管连接所述风机与所述气囊骨架，所述第二气管连接所述风机与所述尾翼，所述气囊骨架阀门设置于所述第一气管上，所述尾翼阀门设置于所述第二气管上。

6.根据权利要求2所述的可维形的软式平流层飞艇，其特征在于：所述前部气囊骨架与所述中部气囊骨架的交界处以及所述中部气囊骨架与所述后部气囊骨架的交界处均设置一个交界圆环气囊，所述交界圆环气囊的切面半径大于所述第一圆环气囊、所述第二圆环气囊和所述第三圆环气囊的切面半径。

7.一种权利要求1～6中任一项所述的可维形的软式平流层飞艇的操控方法，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开了一种可维形的软式平流层飞艇及操控方法，涉及飞艇技术领域，飞艇包括囊体、气囊骨架、尾翼和风机系统，所述气囊骨架设置于所述囊体内，用于在充气后形成对所述囊体的结构支撑并维持所述囊体的外形，所述尾翼设置于所述囊体尾部，所述气囊骨架和所述尾翼均与所述风机系统连接，所述气囊骨架和所述尾翼通过所述风机系统能够进行充放气。操控方法包括飞艇装配阶段、飞艇升空阶段、飞艇遇超冷环境而失压、飞艇降落阶段。本发明能够可靠地实现平流层飞艇维持基本形状，并能够减少地面集成、升空、失压和降落阶段设备或结构划伤囊体的可能性，同时还能够提高下降过程的稳定性。

技术研发人员：梁浩全,王岩,曾盛富,孙康文
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15