一种软式平流层飞艇的浮力压力质心一体化调节系统技术方案

本发明专利技术公开了一种软式平流层飞艇的浮力压力质心一体化调节系统，涉及浮空飞行器技术，包括主气囊、氦气囊、热力循环装置、前调节气囊、后调节气囊、前储液囊体、后储液囊体、压力计、鼓风机、姿态传感器、前气管、后气管、前液管、后液管；主气囊为飞艇低阻外形，内充空气，为超压结构，提供飞艇气动外形和结构刚度；氦气囊≥2个，分舱设置于主气囊的内部，内充氦气，为飞艇提供主浮力；热力循环装置设置于主气囊的底部，实现浮力调节工质气液相变热力循环；前调节气囊设置于主气囊前端，后调节气囊设置于主气囊后端；前储液囊体设置于前调节气囊的下部；后储液囊体设置于后调节气囊的下部。本发明专利技术可实现飞艇的高度保持、压力控制和姿态稳定。

An integrated control system of buoyancy, pressure and center of mass for a soft stratospheric airship

The invention discloses a buoyancy pressure and mass center integrated regulation system for a soft stratospheric airship, which relates to a floating air vehicle technology, which comprises a main air bag, a helium air bag, a thermal circulation device, a front adjusting air bag, a rear adjusting air bag, a front liquid storage body, a rear liquid storage body, a pressure gauge, a blower, a posture sensor, a front tube, a rear air pipe, a front liquid pipe and a rear liquid pipe. The ship's low drag shape, air filled inside, provides the airship's aerodynamic shape and structural rigidity for the overpressure structure; the helium gasbag is more than 2, the sub compartment is arranged inside the main airbag, and the helium is filled to provide the main buoyancy for the airship; the thermal cycle device is arranged at the bottom of the main airbag, and realizes the buoyancy regulating gas liquid phase change thermodynamic cycle; the front adjusting airbag is arranged at the front end of the main airbag, and the rear adjustment air bag is arranged. The front reservoir body is arranged at the lower part of the front adjusting air bag, and the rear liquid storage body is arranged at the lower part of the rear airbag. The invention can realize the height maintenance, pressure control and posture stability of the airship.

【技术实现步骤摘要】
一种软式平流层飞艇的浮力压力质心一体化调节系统
本专利技术涉及浮空飞行器
，尤其涉及一种软式平流层飞艇的浮力压力质心一体化调节系统。
技术介绍
平流层飞艇是利用静浮力，并结合推进和综合环控、飞控、太阳能等，长期驻空于平流层临近空间的飞行器，具有广泛的军民应用潜力，是国家战略性空间平台和重点研发领域，但是，目前仍然没有成熟的工业化产品，仍然面临许多技术问题。由于平流层空气稀薄，空气密度仅约地面1/14，浮力极小，因此，国内外为了轻量化，一般采用轻质材料软式飞艇。但是，平流层昼夜交替导致飞艇温度交变，由此导致浮力变化、压力变化、质心变化，从而使飞艇的长期高度保持、刚度和姿态控制等成为挑战。为解决这些问题，科研技术人员从飞艇总体、压力、浮力、质心调节等进行了孜孜不懈的探究。采用简单的抛物、超充氦气和释放氦气等措施在短期内有效，但在长期驻空方案的应用背景下都将是不可行，或者是代价巨大的。江京、段洣毅、陈付幸等著“液体双向泵系统及采用其的平流层飞艇姿态调整装置”(CN109398672A)，罗义平、黄少坡、段洣毅等著“平流层飞艇姿态调整装置”(CN109250061A)，采用液体双向泵系统的平流层飞艇姿态调整装置，通过改变端部储液舱内液体的质量来改变平流层飞艇的质心和俯仰姿态，这个系统质量恒定，具有长期适应性，但是该液体工质仅仅用于质心调节，对浮力和压力调控没有贡献。杨跃能著“一种仿生平流层飞艇”(CN108706091A)，杨跃能、麻震宇、张斌等著“一种平流层飞艇浮力与压力协同控制方法”(CN108725734A)，仿僧帽水母原理，提出了一种新型飞艇构型与布局，在热调节气囊内填充有气液可逆调控的工质，通过热力循环装置将工质实现液态气态转换，并建立压力浮力协同控制方法，该方法具有长期实现压力浮力控制能力，但是没有解决质心调节问题。宋琦、王彦广等著“一种含有氢气调节装置的平流层飞艇”(CN106394855A)，通过储氢压舱物的释放，补充氦气损耗，从而维持浮力和压力，以及结合燃料电池的氢氧水电化学反应实现循环，但是，技术难点多，氢气尚禁止用于飞艇。郑威、李勇、王彦广等著“一种具有氨气副气囊的飞艇及其浮力控制方法”(ZL201110012621.8)，采用氨气副气囊三元气囊，并通过气液相变实现压力浮力控制，该方案具有较高可行性，但是，氨气工质对浮心和飞艇质心的影响及其控制问题没有得到有效解决。因此，本领域的技术人员致力于开发一种软式平流层飞艇的浮力压力质心一体化调节系统，实现可长期驻空飞艇的高度保持、压力控制和姿态稳定，提高平流层飞艇的生存能力。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是，将浮力调节工质、压力调节工质、质心调节工质有机结合，融为一体，可实现调节工质的质量恒定、长期动态循环，不必为了调节飞艇质心而单独设置较大的调节工质质量。为实现上述目的，本专利技术提供了一种软式平流层飞艇的浮力压力质心一体化调节系统，其特征在于，包括主气囊、氦气囊、热力循环装置、前调节气囊、后调节气囊、前储液囊体、后储液囊体、压力计、鼓风机、姿态传感器、前气管、后气管、前液管、后液管；所述主气囊为所述飞艇低阻外形，内充空气，为超压结构，提供所述飞艇气动外形和结构刚度；所述氦气囊≥2个，分舱设置于所述主气囊的内部，内充氦气，为所述飞艇提供主浮力；所述热力循环装置设置于所述主气囊的底部，实现浮力调节工质气液相变热力循环；所述前调节气囊设置于所述主气囊前端，所述后调节气囊设置于所述主气囊后端；所述前储液囊体设置于所述前调节气囊的下部；所述后储液囊体设置于所述后调节气囊的下部。进一步地，所述压力计≥2个，设置于所述主气囊不同位置，测定所述主气囊内外气压差。进一步地，所述鼓风机≥2个，设置于所述主气囊底部，鼓空气进入所述主气囊，实现所述主气囊的压力控制。进一步地，所述姿态传感器设置于所述主气囊的重心，用于测定所述飞艇的姿态和俯仰角。进一步地，所述前调节气囊和所述后调节气囊，通过分别控制内充浮力调节工质气体量，从而实现飞艇浮力控制；所述浮力调节工质气体量由所述热力循环装置通过浮力调节工质气液相变热力循环生成。进一步地，所述前调节气囊连接所述前气管，所述后调节气囊连接所述后气管，并分别再连接所述热力循环装置；根据所述飞艇驻空高度和浮力变化信息，通过所述前调节气囊和所述后调节气囊内浮力调节工质气液相变和气体量前后转移控制，实现浮力、压力控制，实现所述飞艇俯仰的微调整，辅助控制所述飞艇的俯仰姿态。进一步地，所述前储液囊体连接所述前液管，所述后储液囊体连接所述后液管，并分别再连接所述热力循环装置；根据所述姿态传感器测量的姿态信息，通过所述前储液囊体和后储液囊体内储存的浮力调节工质气液相变和液体量前后转移控制，实现所述飞艇质心的变化调整，控制所述飞艇的俯仰姿态。进一步地，所述热力循环装置包括热力循环主机、气泵阀组件A、气泵阀组件B、液泵阀组件C、液泵阀组件D。进一步地，所述热力循环主机可实现浮力调节工质气液相变循环。进一步地，所述气泵阀组件A可实现浮力调节工质气体双向前后流动转移；所述液泵阀组件C可实现浮力调节工质液体双向前后流动转移。技术效果：本专利技术将浮力调节工质、质心调节工质、压力调节工质有机结合，融为一体，可实现质量恒定、长期动态循环，不必为了调节飞艇质心而单独设置较大的调节质量，从而实现可长期驻空的高度保持、压力控制和姿态稳定，提高平流层飞艇的生存能力。本专利技术是一种平流层飞艇环控技术的创新，可应用于中高空、临近空间、平流层飞艇的浮力、压力、质心调节。以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。附图说明图1是本专利技术的一个较佳实施例的系统布置图；图2是本专利技术的一个较佳实施例的热力循环装置布置图。其中，1-主气囊，2-氦气囊，3-热力循环装置，4-前调节气囊，5-后调节气囊，6-前储液囊体，7-后储液囊体，8-压力计，9-鼓风机，10-姿态传感器，11-前气管，12-后气管，13-前液管，14-后液管，301-循环主机、302-气泵阀组件A、303-气泵阀组件B、304-液泵阀组件C、305-液泵阀组件D。具体实施方式以下参考说明书附图介绍本专利技术的多个优选实施例，使其
技术实现思路
更加清楚和便于理解。本专利技术可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本专利技术的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本专利技术并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。如图1所示，本专利技术的一个较佳实施例的系统布置图，包括主气囊1、氦气囊2、热力循环装置3、前调节气囊4、后调节气囊5、前储液囊体6、后储液囊体7、压力计8本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种软式平流层飞艇的浮力压力质心一体化调节系统，其特征在于，包括主气囊、氦气囊、热力循环装置、前调节气囊、后调节气囊、前储液囊体、后储液囊体、压力计、鼓风机、姿态传感器、前气管、后气管、前液管、后液管；所述主气囊为所述飞艇低阻外形，内充空气，为超压结构，提供所述飞艇气动外形和结构刚度；所述氦气囊≥2个，分舱设置于所述主气囊的内部，内充氦气，为所述飞艇提供主浮力；所述热力循环装置设置于所述主气囊的底部，实现浮力调节工质气液相变热力循环；所述前调节气囊设置于所述主气囊前端，所述后调节气囊设置于所述主气囊后端；所述前储液囊体设置于所述前调节气囊的下部；所述后储液囊体设置于所述后调节气囊的下部。/n

【技术特征摘要】
1.一种软式平流层飞艇的浮力压力质心一体化调节系统，其特征在于，包括主气囊、氦气囊、热力循环装置、前调节气囊、后调节气囊、前储液囊体、后储液囊体、压力计、鼓风机、姿态传感器、前气管、后气管、前液管、后液管；所述主气囊为所述飞艇低阻外形，内充空气，为超压结构，提供所述飞艇气动外形和结构刚度；所述氦气囊≥2个，分舱设置于所述主气囊的内部，内充氦气，为所述飞艇提供主浮力；所述热力循环装置设置于所述主气囊的底部，实现浮力调节工质气液相变热力循环；所述前调节气囊设置于所述主气囊前端，所述后调节气囊设置于所述主气囊后端；所述前储液囊体设置于所述前调节气囊的下部；所述后储液囊体设置于所述后调节气囊的下部。


2.如权利要求1所述的一种软式平流层飞艇的浮力压力质心一体化调节系统，其特征在于，所述压力计≥2个，设置于所述主气囊不同位置，测定所述主气囊内外气压差。


3.如权利要求1所述的一种软式平流层飞艇的浮力压力质心一体化调节系统，其特征在于，所述鼓风机≥2个，设置于所述主气囊底部，鼓空气进入所述主气囊，实现所述主气囊的压力控制。


4.如权利要求1所述的一种软式平流层飞艇的浮力压力质心一体化调节系统，其特征在于，所述姿态传感器设置于所述主气囊的重心，用于测定所述飞艇的姿态和俯仰角。


5.如权利要求1所述的一种软式平流层飞艇的浮力压力质心一体化调节系统，其特征在于，所述前调节气囊和所述后调节气囊，通过分别控制内充浮力调节工质气体量，从而实现飞艇浮力控制；所述浮力调节工质气体量由所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈务军，胡建辉，赵兵，杨钧，汤令辰，
申请(专利权)人：上海交通大学，新誉集团有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31