一种翼展可变的充气式浮升一体化平流层飞艇制造技术

一种翼展可变的充气式浮升一体化平流层飞艇，包括一个中央舱体和两个翼梢舱体。在中央舱体和各翼梢舱体上分别安装有四台螺旋桨推进装置。机翼双排式机翼，在机翼的前翼和后翼的内部均有三个展向分布的气室。各气室之间通过支撑肋分隔。各机翼的内表面均与支撑肋的外型面粘接；在各气室内均有伸缩杆组，并且各气室的缩杆组中的伸缩杆的管径不同，使各气室的伸缩杆能够嵌套伸缩。本发明专利技术具有气动效率较高、产生的动升力较大，控制和操纵很方便，以及通过调节机翼展长实现不同驻空高度的调节。

【技术实现步骤摘要】
一种翼展可变的充气式浮升一体化平流层飞艇
本专利技术涉及现代临近空间飞行器的设计领域，具体为一种低速的，机翼展长可变的浮升一体化的新概念平流层飞艇。
技术介绍
近年来，在分区域高分辨率长时间实时监控、预警，导弹防御，大气环境监测，噪音控制和环保要求等需求的驱动下，平流层飞艇成为当前国内外非常关注的高空军用、民用信息平台。传统飞艇的升力完全依赖于自身的静浮力，这种浮空器由于不需要动升力实现留空飞行，很适合长时间驻留在高空执行任务。然而，由于高空空气稀薄，单纯依靠静升力的飞艇尺寸巨大，而巨大的尺寸会超过材料张力的极限，有专家论证，飞艇驻空高度超过25000米后，飞艇的巨大尺寸所引起的蒙皮张力会超出目前世界上最好材料的张力极限。此外，飞艇的设计中为了进行高度调节，往往需要副气囊作为调节手段，但是这样就会带来巨大的附加惯性质量，从而对总体的操纵性和稳定性带来不利影响。另外，要实现飞艇在不同的载重和不同的大气环境下的长时间驻空要求，目前存在以下难题：1.高空大气密度较之基本海平面低(30000米高空气压降低至海平面标准气压的1.50％)，飞艇内所充气体会膨胀，因此要考虑艇内气体高空膨胀问题；2.高空昼夜温差悬殊，由此引发的飞艇的体积周期性膨胀和收缩问题；3.飞艇在平流层进行上升、下降和姿态调节机动时，由于其庞大的体积，特别容易受到风和湍流的影响。因此，有必要发展一种新概念的平流层飞艇--既能满足蒙皮材料的张力极限，又能满足长时间驻空所需的高度适应性和机动性的要求。这也为未来我国高驻空高度的平流层飞艇设计提供一种新的方案选择。谭惠丰等人在公开号为CN10229848A的中国专利中公开了一种空中展开式飞艇，利用刚柔混合骨架技术，对飞艇进行有效折叠，当飞艇达到预定的工作高度时，通过自动充气装置向充气骨架内填充高压气体，形成具有一定刚度的充气骨架，支撑整个艇体。该飞艇在地面的折叠状态有利于飞艇的停放和发射，从而有效降低蒙皮的材料强度。但是，该飞艇在升空时需要高空气球的辅助，并且由于体积固定，不便于驻空高度的调节。周雷在公开号为CN101157384A的中国专利中公开了一种容积可变的飞艇气囊，该专利技术的优势在于，由于气囊有轴向伸缩装置，当飞艇爬高时，气囊内的相对压力增高时，可通过气囊伸缩装置将气囊的轴向缩短，气囊内的容积随之增大，使气囊囊皮的张力减小，从而可到达保护气囊不被损伤的目的，同时可保证气囊有合适的气动外形，有利于飞行。但是，由于容积的变化范围不大，它的驻空高度变化范围很有限。
技术实现思路
为克服现有技术中存在的由于体积固定，不便于驻空高度的调节的不足，本专利技术提出了一种翼展可变的充气式浮升一体化平流层飞艇。本专利技术包括舱体、有效载荷吊舱、机翼、微型控制系统、充/排气系统和液压系统；采用常规的无人机推进系统；所述推进系统采用螺旋桨推进装置，由太阳能电池提供动力。所述舱体包括一个中央舱体和两个翼梢舱体；所述的两个翼梢舱体分别位于机翼的翼梢处；无人机推进系统中包括12台螺旋桨推进装置，所述12台螺旋桨推进装置均分为三组，分别安装在所述中央舱体和两个翼梢舱体上。所述机翼为包括前翼和后翼的双排式机翼，在各前翼和后翼的内部均有三个沿该前翼和后翼展向分布的气室。各气室之间通过支撑肋分隔，并将所述前翼和后翼的内表面均与所述支撑肋的外型面粘接；在各气室内均有伸缩杆组，并且各气室的缩杆组中的伸缩杆的管径不同，使各气室的伸缩杆能够嵌套伸缩。所述12台螺旋桨推进装置在所述中央舱体和两个翼梢舱体上的具体安装位置是：中央舱体上安装有四台所述螺旋桨推进装置，其中两台位于舱体下的吊舱靠前的两侧部位，叶片的转轴在弦向位于距中央舱体前缘点0.325C处，法向位于距中央舱体前缘点的下方0.42C处。另外两台位于舱体后方，并使该螺旋桨推进装置的叶片的转轴在弦向位于距中央舱体前缘点1.90C处，法向位于距中央舱体前缘点的0.34C处。两个翼梢舱体上各安装的四台螺旋桨推进装置均位于所处舱体的后方，其中两台螺旋桨推进装置处于所处翼梢舱体母线以上，另外两台螺旋桨推进装置处于所处翼梢舱体母线以下。所述四台螺旋桨推进装置的叶片转轴在弦向均位于距所处翼梢舱体前缘点1.70C处；两台处于该翼梢舱体母线以上的螺旋桨推进装置的法向位于距所处翼梢舱体前缘点的上方0.28C处，两台处于该翼梢舱体母线以下的螺旋桨推进装置的法向位于距该翼梢舱体前缘点的下方0.28C处。所述机翼为包括前翼和后翼的双排式机翼；单个机翼的展弦比为20，后掠角为25°。双排式机翼的前翼翼根的前缘点在轴向位于距中央舱体前缘点0.345C处，法向位于距中央舱体前缘点0.28C处，并处于所述中央舱体母线的上方。双排式机翼的后翼位于前翼的后下方位置，与前翼的前缘相比，后翼的前缘在弦向的位置比前翼靠后0.867C，在法向比前翼低0.254C；双排式机翼的前翼翼梢的前缘点在轴向位于距翼梢艇体前缘点0.21C处，法向位于距翼梢艇体前缘点的上方0.18C处；所述的C是翼型弦长。各前翼或后翼内的支撑肋沿该所处前翼或后翼的展向均布。各支撑肋的外型面与所处位置的前翼的型面相同；在所述各支撑肋上分别有伸缩杆的固定孔。所述支撑肋框的中间粘贴固定有隔膜。所述各伸缩杆组中均有四根伸缩杆，每根伸缩杆的长度均与前翼内部有三个气室的展向长度相同。各伸缩杆的两端分别密封安装在所述各支撑肋上的固定孔内。所述各伸缩杆一端端盖的中心有通孔，该通孔的孔径与与之配合的伸缩杆的外径相同；另一端端盖的直径大于该伸缩杆的外径，在该伸缩杆的外圆周表面形成了径向凸出的限位台；该限位台的直径与所在的伸缩杆装入的另一组伸缩杆的内径相同。所述的弹簧有多个，分别固定在位于第二气室中的各伸缩杆端盖的内表面和位于第三气室中各伸缩杆端盖的内表面。当伸展所述机翼前翼的展向长度时，嵌套在前一级伸缩杆组中的各伸缩杆的限位台内端面压缩该弹簧；在收缩所述机翼前翼的展向长度时，各伸缩杆在该弹簧给予的回复力收缩。在所述前翼或后翼的囊体的内表面上固定有充气软管。所述的充气软管有三根，一端分别连接至机翼前翼内的三个气室内，另一端分别与位于中央舱体内的充气泵连通。为了克服现有飞艇技术中的不足，本专利技术提出了一种低速、机翼展长可变的浮升一体化的新概念平流层飞艇。该飞艇采用双排式机翼，气动效率较高；双排式机翼的表面积较大，产生的动升力较大，使得控制和操纵很方便；由于机翼展长可变，便于不同驻空高度的调节。本专利技术针对目前临近空间传统飞艇在尺寸约束，驻空高度限制，为克服高空气流阻力和高度变化带来的体积变化适应性低、附加重量大等方面存在的矛盾和问题，本专利技术提出一种设计使用高度20千米，机翼展长可变的浮升一体化平流层飞艇总体技术方案。该布局形式采用双排式机翼，飞艇除了舱体和充气式机翼内氦气产生的浮升力以外，在螺旋桨的推动下，双排式机翼会产生一定的动升力，动升力的增加降低了设计方案对飞艇浮升力的要求，可有效降低飞艇气囊的尺寸，提高了布局的气动效率和体积利用率。另一方面，通过伸缩伸缩杆控制双排式机翼的展向长度，对飞艇的高度进行调节，由于本专利技术中机翼展向调节范围大，能够适应飞艇执行不同任务时的不同高度要求，同时也抛去了对副气囊调节的依赖。舱体主要分为1个中央舱体和2个翼梢舱体。其中中央舱体的底部为有效载荷舱，中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种翼展可变的充气式浮升一体化平流层飞艇，包括舱体、有效载荷吊舱、机翼、微型控制系统、充/排气系统和液压系统；采用常规的无人机推进系统；所述推进系统采用螺旋桨推进装置，由太阳能电池提供动力；其特征在于，所述舱体包括一个中央舱体和两个翼梢舱体；所述的两个翼梢舱体分别位于机翼的翼梢处；无人机推进系统中包括12台螺旋桨推进装置，所述12台螺旋桨推进装置均分为三组，分别安装在所述中央舱体和两个翼梢舱体上；所述机翼为包括前翼和后翼的双排式机翼，在各前翼和后翼的内部均有三个沿该前翼和后翼展向分布的气室；各气室之间通过支撑肋分隔，并将所述前翼和后翼的内表面均与所述支撑肋的外型面粘接；在各气室内均有伸缩杆组，并且各气室的缩杆组中的伸缩杆的管径不同，使各气室的伸缩杆能够嵌套伸缩。

【技术特征摘要】
1.一种翼展可变的充气式浮升一体化平流层飞艇，包括舱体、有效载荷吊舱、机翼、微型控制系统、充/排气系统和液压系统；采用常规的无人机推进系统；所述推进系统采用螺旋桨推进装置，由太阳能电池提供动力；其特征在于，所述舱体包括一个中央舱体和两个翼梢舱体；所述的两个翼梢舱体分别位于机翼的翼梢处；无人机推进系统中包括12台螺旋桨推进装置，所述12台螺旋桨推进装置均分为三组，分别安装在所述中央舱体和两个翼梢舱体上；所述机翼为包括前翼和后翼的双排式机翼，在各前翼和后翼的内部均有三个沿该前翼和后翼展向分布的气室；各气室之间通过支撑肋分隔，并将所述前翼和后翼的内表面均与所述支撑肋的外型面粘接；在各气室内均有伸缩杆组，并且各气室的伸缩杆组中的伸缩杆的管径不同，使各气室的伸缩杆能够嵌套伸缩。2.如权利要求1所述翼展可变的充气式浮升一体化平流层飞艇，其特征在于，所述12台螺旋桨推进装置在所述中央舱体和两个翼梢舱体上的具体安装位置是：中央舱体上安装有四台所述螺旋桨推进装置，其中两台位于中央舱体下的吊舱靠前的两侧部位，叶片的转轴在弦向位于距中央舱体前缘点0.325C处，法向位于距中央舱体前缘点的下方0.42C处；另外两台位于舱体后方，并使该螺旋桨推进装置的叶片的转轴在弦向位于距中央舱体前缘点1.90C处，法向位于距中央舱体前缘点的0.34C处；两个翼梢舱体上各安装的四台螺旋桨推进装置均位于所处翼梢舱体的后方，其中两台螺旋桨推进装置处于所处翼梢舱体母线以上，另外两台螺旋桨推进装置处于所处翼梢舱体母线以下；所述四台螺旋桨推进装置的叶片转轴在弦向均位于距所处翼梢舱体前缘点1.70C处；两台处于该翼梢舱体母线以上的螺旋桨推进装置的法向位于距所处翼梢舱体前缘点的上方0.28C处，两台处于该翼梢舱体母线以下的螺旋桨推进装置的法向位于距该翼梢舱体前缘点的下方0.28C处；所述的C是翼型弦长。3.如权利要求1所述翼展可变的充气式浮升一体化平流层飞艇，其特征在于，所述机翼为包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶正寅，张庆，马博平，刘凯，杨享文，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61