一类具有鱼尾形膜面式尾翼的平流层飞艇制造技术

本发明专利技术公开了一类具有鱼尾形膜面式尾翼的平流层飞艇，包括流线型飞艇艇体、钝锥形支撑气柱、膜面式尾翼翼面、艇体上部安装的太阳能电池板、艇体正下方布置的吊舱以及艇体两侧对称布置的推进装置，飞艇流线型艇体的长度与宽度的比例为2∶1～10∶1，在艇体靠近尾部处，由沿艇体周向呈“1”字型、“十”字型、“X”型、倒“Y”型或更多支撑气柱形式分布的斜撑钝锥形气柱与一沿着艇体轴向的钝锥形气柱以及各气柱间拉接的高强度膜面构成鱼尾形膜面式尾翼，能以极小的重量代价构建大面积的尾翼，起到足够高的气动安定面作用，可显著降低飞艇尾翼的重量，降低尾翼的复杂性与加工难度，减少艇体开口的范围，提高平流层飞艇的气密性。

A class of Stratospheric Airships with fishtail like membrane fins

【技术实现步骤摘要】
一类具有鱼尾形膜面式尾翼的平流层飞艇
本专利技术涉及浮空飞行器领域，尤其是涉及一类具有鱼尾形膜面式尾翼的平流层飞艇。
技术介绍
平流层飞艇是一种轻于空气的浮空器，依靠空气浮力升空驻空，可以长期飞行于10km～20km及以上的平流层高空，由太阳能为其提供能源动力，并带有推进系统，具有不依赖机场或跑道可实现垂直起降、能悬停于任意地理位置上空的能力，运行高度不受对流层恶劣天气影响，可全天侯全天时连续工作，并且除了需要地面指挥和数据接收处理设施，几乎不需要其他地面基础设施支持，在气象研究、预警、侦查、通信等诸多民用与军用领域有着无与伦比的优势。平流层飞艇运行高度处的空气密度是海平面大气的二十分之一，一般而言，平流层飞艇体积巨大才能提供足够的浮力承载自身结构重量及载荷设备等负载。巨大的飞艇体积，特别是巨大的艇身体积也使得飞艇的气动稳定性面临着极大挑战。飞艇通常安装面积巨大的硬式或充气式平尾、垂尾或X型尾翼来提高气动稳定性，但上述尾翼形式存在着以下缺陷：(1)面积巨大的硬式结构尾翼存在重量极大、对薄膜式艇体易造成损伤与塌陷、装配与连接方式复杂、易引起艇体与尾翼连接处气密性差的缺陷，在平流层飞艇上设置大面积硬式结构尾翼代价极大，极有可能造成有效载荷减小甚至无法升空至平流层的严重问题；(2)扁平状充气式尾翼存在着本体结构及与艇体连接支撑结构复杂、加工难度大、面积大时结构重量也较重、艇身开口大易导致气密性差进而影响飞艇驻空时间的问题。
技术实现思路
为了克服平流层飞艇气动稳定性不足、设置大面积尾翼重量代价极大、结构复杂、加工难度大、艇体开口范围大易导致气密性较差的不足，本专利技术提供一种采用鱼尾形膜面式尾翼的平流层飞艇，通过三个简单易加工的锥形气柱连接到飞艇艇体尾部，在三个气柱间分别用膜面连接形成鱼尾形尾翼，既能以较小的重量代价满足大面积尾翼的设置要求，提供足够的俯仰与航向气动稳定性，又能降低尾翼及艇身上连接结构的复杂程度，降低尾翼加工的难度，减少囊体上与尾翼连接处的开口面积，提高飞艇的气密性，从而延长飞艇的留空时间。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一类具有鱼尾形膜面式尾翼的平流层飞艇，包括流线型飞艇艇体、钝锥形支撑气柱、膜面式尾翼翼面、太阳能电池、推进装置以及吊舱(含压力控制系统、供电系统、飞控系统、航电系统与载荷)；所述艇体的长度与宽度的比例为2∶1～10∶1，具有低阻力流线型外形；在艇体靠近尾部处上下各布置一个斜撑的钝锥形气柱，或者沿周向呈“十”字型、“X”型、倒“Y”型以及更多支撑气柱形式分布有3～20个斜撑的钝锥形支撑气柱，斜撑气柱与飞艇轴向夹角在20°～90°间，在艇体尾部末端有一沿着艇体轴向的较小钝锥形支撑气柱，这几个支撑气柱的根部与飞艇艇体上的开口采用压合以及缝制的方式固定并密封，气柱可与飞艇艇体间相互连通，使得飞艇充气状态下尾部的支撑气柱呈饱胀状态且具有较大的刚性支撑作用，气柱也能够与飞艇艇体气体隔离，采用增压气泵来维持气柱内压差，提供刚度；在上述几个斜撑气柱与沿着轴向的支撑气柱间，分别拉上2～20个高强度的膜面，以填充各自气柱与艇体之间所夹成的空间，膜面与气柱及艇体间通过在几个固定点处用拉别连接的方式固定，避免了在气柱与艇体上的开口，可提高飞艇的气密性，在飞艇充气状态下，膜面处于紧绷状态，使得鱼尾形膜面式尾翼充分起到气动安定面的作用，膜面的重量极轻，在构建大面积尾翼时可大大减轻尾翼的重量。本专利技术的有益效果是，本专利技术平流层飞艇采用鱼尾形膜面式尾翼，有效地消除了传统平流层飞艇尾翼难以设置大面积尾翼、尾翼结构重量代价大、结构复杂、加工难度大、艇身开口范围大易导致气密性差进而影响飞艇驻空时间的缺陷。通过在2～20个连接于飞艇尾部且简单易加工的锥形气柱间分别用膜面连接形成鱼尾形垂尾与平尾，既能以较小的重量代价设置大面积尾翼，给平流层飞艇提供足够的俯仰与航向气动稳定性，又降低了尾翼及艇身上连接结构的复杂程度，降低了尾翼加工的难度，减少了囊体上与尾翼连接处的开口面积，提高了飞艇的气密性，从而延长了平流层飞艇的留空时间。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1为一类具有鱼尾形膜面式尾翼的平流层飞艇布局示意图；图2为一类具有鱼尾形膜面式尾翼的平流层飞艇的右视图；图3为一类具有鱼尾形膜面式尾翼的平流层飞艇的俯视图；图4为一类具有鱼尾形膜面式尾翼的平流层飞艇的后视图；图5为一类具有“十”字型鱼尾形膜面式尾翼的平流层飞艇布局示意图；图6为一类具有“十”字型鱼尾形膜面式尾翼的平流层飞艇的右视图；图7为一类具有“十”字型鱼尾形膜面式尾翼的平流层飞艇的俯视图；图8为一类具有“十”字型鱼尾形膜面式尾翼的平流层飞艇的后视图；图9为一类具有“X”型鱼尾形膜面式尾翼的平流层飞艇布局示意图；图10为一类具有“X”型鱼尾形膜面式尾翼的平流层飞艇的右视图；图11为一类具有“X”型鱼尾形膜面式尾翼的平流层飞艇的俯视图；图12为一类具有“X”型鱼尾形膜面式尾翼的平流层飞艇的后视图；图13为一类具有倒“Y”型鱼尾形膜面式尾翼的平流层飞艇布局示意图；图14为一类具有倒“Y”型鱼尾形膜面式尾翼的平流层飞艇的右视图；图15为一类具有倒“Y”型鱼尾形膜面式尾翼的平流层飞艇的俯视图；图16为一类具有倒“Y”型鱼尾形膜面式尾翼的平流层飞艇的后视图。图中1.飞艇艇体，2.斜支撑气柱，3.轴向气柱，4.尾翼膜面，5.吊舱，6.推进装置，7.太阳能电池。具体实施方式结合本专利技术的附图，对本专利技术各实施例的技术方案做进一步的详细阐述。【实施例1】参照附图1所示，一类具有鱼尾形膜面式尾翼的平流层飞艇，包括流线型飞艇艇体1、钝锥形支撑气柱2与3、膜面式尾翼翼面4、吊舱5(含压力控制系统、供电系统、飞控系统、航电系统与载荷)、推进装置6以及太阳能电池7；参照附图2所示，所述艇体1的长度与宽度的比例为2∶1～10∶1，具有低阻力流线型外形，在高空低Re数飞行条件下艇体表面分离区极小，绕流顺畅，在平流层高空的能量消耗极低；艇体由高强薄膜材料制成，在复杂的运行环境下具有高强度以及高气密性的特点；参照附图1、2所示，在艇体1靠近尾部处，上下各分布有一个斜撑的钝锥形支撑气柱2，斜撑气柱2均向后方斜支撑，与飞艇1轴向夹角在20°～90°间，在艇体1尾部末端有一沿着艇体1轴向的较小钝锥形支撑气柱3，这三个支撑气柱2与3均由高强度薄膜材料制成，其根部与飞艇艇体1上的接口采用压合以及缝制的方式固定并密封，三个气柱2与3与飞艇艇体1间可相互连通，使得飞艇充气状态下尾部的支撑气柱2与3呈饱胀状态且具有较大的刚性支撑作用，三个气柱2与3也可与飞艇艇体1内气体隔离，采用增压气泵维持3个气柱的压差，提供刚度；参照附图1～4所示，在斜撑气柱2与沿着轴向的支撑气柱3间，分别拉上2个高强度的膜面4，以填充各自气柱与艇体1之间所夹成的空间，膜面4与气柱2与3及艇体1间通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一类具有鱼尾形膜面式尾翼的平流层飞艇，包括流线型飞艇艇体(1)、钝锥形支撑气柱(2，3)、膜面式尾翼翼面(4)、吊舱(5)、推进装置(6)以及太阳能电池(7)，其特征在于：所述流线型艇体(1)的长度与宽度的比例为2∶1～10∶1，在艇体(1)靠近尾部处，沿艇体(1)周向呈“1”字型、“十”字型、“X”型、倒“Y”型或更多支撑气柱形式分布有2～20个斜撑钝锥形气柱(2)与一沿着艇体轴向的钝锥形气柱(3)，由斜撑与轴向气柱间拉接的2～20个高强度膜面(4)构成鱼尾形膜面式尾翼，起到气动安定面的作用；在艇体(1)上部安装有太阳能电池(7)，为飞艇提供能源；在艇体(1)两侧安装有推进器(6)，为飞艇提供前进的动力；而在艇体(1)正下方布置有包含压力控制系统、供电系统、飞控系统、航电系统与载荷的吊舱(5)，为飞艇各控制、载荷等系统等提供必要的支撑。/n

【技术特征摘要】
1.一类具有鱼尾形膜面式尾翼的平流层飞艇，包括流线型飞艇艇体(1)、钝锥形支撑气柱(2，3)、膜面式尾翼翼面(4)、吊舱(5)、推进装置(6)以及太阳能电池(7)，其特征在于：所述流线型艇体(1)的长度与宽度的比例为2∶1～10∶1，在艇体(1)靠近尾部处，沿艇体(1)周向呈“1”字型、“十”字型、“X”型、倒“Y”型或更多支撑气柱形式分布有2～20个斜撑钝锥形气柱(2)与一沿着艇体轴向的钝锥形气柱(3)，由斜撑与轴向气柱间拉接的2～20个高强度膜面(4)构成鱼尾形膜面式尾翼，起到气动安定面的作用；在艇体(1)上部安装有太阳能电池(7)，为飞艇提供能源；在艇体(1)两侧安装有推进器(6)，为飞艇提供前进的动力；而在艇体(1)正下方布置有包含压力控制系统、供电系统、飞控系统、航电系统与载荷的吊舱(5)，为飞艇各控制、载荷等系统等提供必要的支撑。


2.根据权利要求1所述的一类具有鱼尾形膜面式尾翼的平流层飞艇，其特征在于，所述斜撑的钝锥形支撑气柱(2)在艇体(1)靠近尾部处沿周向呈“1”字型、“十”字型、“X”型、倒“Y...

【专利技术属性】
技术研发人员：张小俊，
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