平流层飞艇的气动布局结构及其气动布局方法技术

本发明专利技术涉及一种带辅助安定面的平流层飞艇气动布局结构和采用上述气动布局结构的平流层飞艇气动布局方法，所述气动布局结构包括艇身、尾翼和辅助安定面，所述辅助安定面包括上辅助安定面和下辅助安定面，具体包括膜面、条状边缘加强筋、中部传力加强筋以及周围的若干固定连接环；本发明专利技术提供的一种采用上述气动布局结构的平流层飞艇气动布局方法，包括辅助安定面的结构设计方法、工艺制造方法以及辅助安定面的位置布局方法，采用本发明专利技术提供的所述气动布局结构和气动布局方法，能够显著改善平流层飞艇飞行时的航向静稳定性和俯仰静稳定性，使平流层飞艇的飞行过程得到平稳控制，显著提高了平流层飞艇的飞行稳定性和安全可靠性。

Aerodynamic layout and aerodynamic layout of Stratospheric Airships

The present invention relates to an aerodynamic layout structure of a stratospheric airship with an auxiliary stabilizer and a pneumatic layout method for a stratospheric airship using the aerodynamic configuration. The pneumatic layout structure includes a boat, a tail and an auxiliary stabilizer. The auxiliary stabilizer includes an auxiliary stabilizer and a lower auxiliary stabilizer, including a membrane. This invention provides a pneumatic layout method for the stratospheric airship using the above pneumatic layout structure, including the structure design method of auxiliary stabilizer, the process manufacturing method and the position layout method of auxiliary stabilizer surface. The aerodynamic layout and aerodynamic layout provided by the invention can significantly improve the static stability and the pitching static stability of the stratospheric airship, make the flight process of the stratospheric airship smoothly controlled, and improve the flight stability and safety reliability of the stratospheric airship.

【技术实现步骤摘要】
平流层飞艇的气动布局结构及其气动布局方法
本专利技术属于航空航天领域，主要用做军用侦察、监测领土安全或者民用通信和气象测量等用途，具体涉及一种平流层飞艇的气动布局结构及其气动布局方法。
技术介绍
飞艇(Airship)，是一种利用氦气等轻于空气的气体来提供升力的航空器，由于飞艇不需要专用的起降场，可以实现垂直起降、空中悬停等多种功能，因而一直在货物运输、军事侦察、气象观测、现代娱乐等领域获得了十分重要的应用。在平流层飞艇飞行试验过程中，常常需要关注平流层的气象条件。一方面，为了保证飞行试验能够顺利进行，需要飞艇在平流层保持一个较好的飞行稳定性，因此，设计的平流层飞艇需要具有很好的抗风稳定性，包括航向稳定性和俯仰稳定性。由于平流层飞艇驻留空域通常处于距离地表20km以上的高度，该高度处的环境风风速平均为10m/s，最大可达40m/s，这就对平流层飞艇的飞行稳定性设计提出了一个严峻挑战。另一方面，现有技术中平流层飞艇的航向静稳定性主要通过尾翼来实现，按照动力学规律，尾翼面积越大，飞艇静稳定性越好，但是尾翼面积的增大也导致了尾翼重量的显著增加，并由此带来种种弊端。现有技术中平流层飞艇的俯仰稳定性主要通过平尾来实现，为了保持良好的俯仰稳定性，所采用的平尾结构重量也通常较大，由此造成了艇体的整体重量偏大。由此可见，在保持平流层飞艇的飞行稳定性方面，现有技术中存在着以下亟需解决的技术问题：(1)如何有效提高平流层飞艇在高空飞行时的航向静稳定性的问题；(2)如何有效提高平流层飞艇在高空飞行时俯仰静稳定性的问题；(3)如何实现平流层飞艇艇体的质量控制的技术问题。专利技术内容本专利技术的目的是至少解决上述现有技术中存在的问题之一，该目的是通过以下技术方案实现的：一种带辅助安定面的平流层飞艇气动布局结构，所述平流层飞艇气动布局结构包括艇身、尾翼、辅助安定面，所述辅助安定面包括上辅助安定面和下辅助安定面，所述上辅助安定面和下辅助安定面安装在所述艇身和所述尾翼之间并保持固定连接，所述辅助安定面包括位于表层的膜面、若干根用于传力和加强的加强筋结构，所述加强筋结构包括条状边缘加强筋、中部传力加强筋以及位于膜面周围且与之固定连接的若干固定连接环，所述条状边缘加强筋和所述中部传力加强筋均与所述膜面保持固定连接，所述固定连接环通过所述条状边缘加强筋与所述膜面保持固定连接，并且，所述固定连接环作为所述辅助安定面与所述艇身和尾翼连接的接口，其中，每根条状边缘加强筋均为具有一定宽度的加强筋。进一步地，所述尾翼的尾翼类型，选自只含垂尾的尾翼、只含平尾的尾翼、十字型尾翼、×型尾翼、V型尾翼或者其它满足要求的尾翼类型。进一步地，所述尾翼类型为垂尾，所述艇身包括前部艇身和后部艇身，所述辅助安定面安装在所述垂尾与所述前部艇身之间或者安装在所述垂尾与所述后部艇身之间，用以提高飞艇的航向静稳定性。进一步地，所述尾翼类型为平尾，所述艇身包括前部艇身和后部艇身，所述辅助安定面安装在所述平尾与所述前部艇身之间或者安装在所述平尾与所述后部艇身之间，用以提高飞艇的俯仰静稳定性。进一步地，所述辅助安定面呈三角形、梯形、四边形、半圆形或者其它满足要求的气动几何形状。进一步地，所述膜面的材质选用纤维布材料，所述纤维布材料的强度系数选择为能够满足平流层抗风兜风要求，所述条状边缘加强筋采用能够与所述膜面进行热压焊接的高强布材料，并且所述条状边缘加强筋与所述膜面进行局部热焊连接，所述中部传力加强筋采用抗拉强度较大的芳纶带，并且所述中部传力加强筋通过缝纫的方法与所述膜面进行固定连接，所述固定连接环采用弹性布并且通过缝纫的方法与所述膜面进行固定连接。本专利技术还提供了一种采用上述平流层飞艇气动布局结构来实施的平流层飞艇气动布局方法，所述平流层飞艇气动布局方法包括：平流层飞艇气动布局结构设计方法、辅助安定面结构的工艺制造方法以及所述辅助安定面的位置布局方法，其中，所述平流层飞艇气动布局结构设计方法包括：在所述艇身和所述尾翼之间设置辅助安定面，在所述辅助安定面中设置纤维布膜面、条状边缘加强筋、中部传力加强筋和固定连接环，所述辅助安定面包括上辅助安定面和下辅助安定面，在所述艇身和尾翼之间安装所述上辅助安定面和下辅助安定面，且使所述上辅助安定面和下辅助安定面与所述艇身和尾翼进行固定连接。进一步地，所述平流层飞艇气动布局结构设计方法还包括：采用能够满足在平流层抗风兜风强度要求的纤维布材料进行加工制作所述膜面，采用满足强度要求的弹性布、并通过缝纫的方法将所述固定连接环固定连接在所述膜面上，在所述辅助安定面中依次设置纤维布膜面、条状边缘加强筋、中部传力加强筋和固定连接环，在所述条状边缘加强筋与所述膜面之间采用能够与所述膜面进行热压焊接的高强布材料并通过热压焊接的工艺方法进行局部处理强化，对所述中部传力加强筋用抗拉强度较大的芳纶带、并通过缝纫的方法与膜面进行强化处理，将所述膜面作为所述辅助安定面与所述艇身和尾翼进行连接的接口。进一步地，所述辅助安定面的所述工艺制造方法包括：(1)采用裁布机将所需的纤维布材料裁剪好，包括膜面和条状边缘加强筋；(2)将中部传力加强筋用缝纫的方法固定在所述膜面上；(3)先在所述膜面上用热焊的方法将边缘条状边缘加强筋焊接于表层；(4)再用缝纫的方法将所述固定连接环与所述膜面进行固定连接；(5)最后用热焊的方法将最后一道中部传力加强筋焊接在所述膜面上。进一步地，所述辅助安定面能够根据尾翼的不同类型进行布局：所述艇身包括所述前部艇身和后部艇身，在所述尾翼处设置垂尾和平尾；将所述辅助安定面安装在所述垂尾与前部艇身之间或者安装在所述垂尾与后部艇身之间，用以提高飞艇的航向静稳定性；将所述辅助安定面安装在所述平尾与前部艇身之间或者安装在所述平尾与后部艇身之间，用以提高飞艇的俯仰静稳定性。相对于现有技术，本专利技术具有明显的积极效果和显著的进步，至少体现在：本专利技术所提供的一种带辅助安定面的平流层飞艇气动布局结构及采用上述气动布局结构的气动布局方法，解决了平流层飞艇在高空飞行时的航向静不稳定性的问题、解决了平流层飞艇俯仰静不稳定性的问题、解决了平流层飞艇飞行姿态控制及艇体轻量化的技术问题；与以往改善平流层飞艇飞行稳定性的方法相比，本专利技术能够显著改善平流层飞艇飞行的航向静稳定性和俯仰静稳定性，显著提高了飞艇平流层飞行时的安全可靠性，本专利技术所提供的布局结构能有效的控制平流层飞艇的艇体重量，为平流层飞艇的轻量化设计做出了探索性贡献，此外，相对于现有技术，本专利技术整体结构更为简单、操作安装更便捷、经济成本更低，因而在平流层飞艇领域具有十分重要的应用价值。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种优点和益处对于本领域技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：图1为带辅助安定面的平流层飞艇气动布局示意图；图2为辅助安定面结构示意图；图3分别为三角形气动外形的辅助安定面和梯形气动外形的辅助安定面示意图；图4为十字型尾翼辅助安定面的安装位置示意图。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本专利技术的示例性实施方式。虽然附图中显示了本专利技术的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本专利技术而不应被这里本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带辅助安定面的平流层飞艇气动布局结构，其特征在于，所述平流层飞艇气动布局结构包括艇身、尾翼、辅助安定面，所述辅助安定面包括上辅助安定面和下辅助安定面，所述上辅助安定面和下辅助安定面安装在所述艇身和所述尾翼之间并保持固定连接，所述辅助安定面包括位于表层的膜面、若干根用于传力和加强的加强筋结构，所述加强筋结构包括条状边缘加强筋、中部传力加强筋以及位于膜面周围且与之固定连接的若干固定连接环，所述条状边缘加强筋和所述中部传力加强筋均与所述膜面保持固定连接，所述固定连接环通过所述条状边缘加强筋与所述膜面保持固定连接，并且，所述固定连接环作为所述辅助安定面与所述艇身和尾翼连接的接口。

【技术特征摘要】
1.一种带辅助安定面的平流层飞艇气动布局结构，其特征在于，所述平流层飞艇气动布局结构包括艇身、尾翼、辅助安定面，所述辅助安定面包括上辅助安定面和下辅助安定面，所述上辅助安定面和下辅助安定面安装在所述艇身和所述尾翼之间并保持固定连接，所述辅助安定面包括位于表层的膜面、若干根用于传力和加强的加强筋结构，所述加强筋结构包括条状边缘加强筋、中部传力加强筋以及位于膜面周围且与之固定连接的若干固定连接环，所述条状边缘加强筋和所述中部传力加强筋均与所述膜面保持固定连接，所述固定连接环通过所述条状边缘加强筋与所述膜面保持固定连接，并且，所述固定连接环作为所述辅助安定面与所述艇身和尾翼连接的接口。2.根据权利要求1所述的平流层飞艇气动布局结构，其特征在于：所述尾翼的尾翼类型，选自只含垂尾的尾翼、只含平尾的尾翼、十字型尾翼、×型尾翼或V型尾翼。3.根据权利要求2所述的平流层飞艇气动布局结构，其特征在于：所述尾翼类型为垂尾，所述艇身包括前部艇身和后部艇身，所述辅助安定面安装在所述垂尾与所述前部艇身之间或者安装在所述垂尾与所述后部艇身之间，用以提高飞艇的航向静稳定性。4.根据权利要求2所述的平流层飞艇气动布局结构，其特征在于：所述尾翼类型为平尾，所述艇身包括前部艇身和后部艇身，所述辅助安定面安装在所述平尾与所述前部艇身之间或者安装在所述平尾与所述后部艇身之间，用以提高飞艇的俯仰静稳定性。5.根据权利要求1-4中任一项所述的平流层飞艇气动布局结构，其特征在于：所述辅助安定面呈三角形、梯形、四边形或者半圆形。6.根据权利要求1-4中任一项所述的平流层飞艇气动布局结构，其特征在于：所述膜面的材质选用纤维布材料，所述纤维布材料的强度系数选择为能够满足平流层抗风兜风要求，所述条状边缘加强筋采用能够与所述膜面进行热压焊接的高强布材料，并且所述条状边缘加强筋与所述膜面进行局部热焊连接，所述中部传力加强筋采用抗拉强度较大的芳纶带，并且所述中部传力加强筋通过缝纫的方法与所述膜面进行固定连接，所述固定连接环采用弹性布并且通过缝纫的方法与所述膜面进行固定连接。7.一种采用如权利要求2-6中任一项所述的平流层飞艇气动布局结构来实施的平流层飞艇气动布局...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡宝帅，
申请(专利权)人：北京天恒长鹰科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11