一种用于平流层的混流风机、浮空器及浮空器控制系统技术方案

本申请实施例公开了一种用于平流层的混流风机、浮空器及浮空器控制系统，涉及浮空器领域，本申请提供的用于平流层的混流风机，相比于常用的航空风机，提高了压头、流量和响应时间，提升了浮空器的高度调节能力。该用于平流层的混流风机包括壳体和叶轮，其中，壳体内形成有空腔，壳体上设置有与空腔连通的进气口和出气口，出气口用于向浮空器的囊体充气；叶轮设置在空腔内绕叶轮的轴线方向转动，带动气流从进气口流经叶轮后从出气口流出，叶轮与壳体之间形成气体流道，进入叶轮进气侧的气体流道方向与叶轮的轴线方向平行，流出叶轮出气侧的气体流道方向与叶轮的轴线方向呈锐角夹角设置。该用于平流层的混流风机用于调节浮空器的高度。的高度。的高度。

【技术实现步骤摘要】
一种用于平流层的混流风机、浮空器及浮空器控制系统


[0001]本申请涉及但不限于浮空器领域，尤其涉及一种用于平流层的混流风机、浮空器及浮空器控制系统。

技术介绍

[0002]现代高空飞艇和高空气球作为一种可在20公里左右高度平流层长期驻流的浮空器，可以携带多种载荷实现通信、导航、观测、预警等功能，具有广阔的应用场景，且浮空器还具有效费比高、覆盖范围广、载荷能力强等特点，展现出广阔的应用前景。
[0003]利用主、副气囊结构实现高度调节，是飞艇和气球等类型浮空器独有的控制特点。对于浮空器而言，主气囊用于填充浮升气体提供浮力，副气囊用于填充空气以维持浮空器的压力外形，进一步，通过调节副气囊的体积改变浮空器的浮力，进而可改变浮空器的驻空高度。使用风机将外界空气压缩至副气囊，可使驻空高度降低，利用排气阀将副气囊中空气排出，则可使驻空高度上升。通过驻空高度调节，可以利用不同高度风层以调节飞行轨迹，实现特定的轨迹控制目标，完成特定飞行任务。相关技术中的常用的航空风机体积、流量较小、压头较低、浮空器高度调节响应速度慢，不能满足浮空器高效高度调节的需求。

技术实现思路

[0004]本申请实施例提供了一种用于平流层的混流风机、浮空器及浮空器控制系统，涉及浮空器领域，本申请提供的用于平流层的混流风机，相比于常用航空风机，提高了压头、流量和响应时间，提升了浮空器的高度调节能力。
[0005]为了达到上述目的，本申请实施例的技术方案是这样实现的：
[0006]第一方面，本申请实施例提供了一种用于平流层的混流风机，包括壳体和叶轮，其中，壳体内形成有空腔，壳体上设置有与空腔连通的进气口和出气口，出气口用于向浮空器的囊体充气；叶轮设置在空腔内绕叶轮的轴线方向转动，带动气流从进气口流经叶轮后从出气口流出，叶轮与壳体之间形成气体流道，进入叶轮进气侧的气体流道方向与叶轮的轴线方向平行，流出叶轮出气侧的气体流道方向与叶轮的轴线方向呈锐角夹角设置。
[0007]本申请实施例提供的用于平流层的混流风机，通过将叶轮设置在空腔内，且叶轮绕自身的轴线方向转动，进而带动气流从壳体的进气口流经叶轮后从出气口流出，此时，叶轮与壳体之间形成了气体流道，且进入叶轮进气侧的气体流道方向与叶轮的轴线方向平行，流出叶轮出气侧的气体流道方向与叶轮的轴线方向呈锐角夹角设置，使得气体流道中的气流在流经叶轮的过程中方向发生偏转，由叶轮的轴线方向转为与其轴线方向具有一定锐角夹角的方向，即，相当于混流风机的原理，叶轮让气流既做离心运动又做轴向运动，相比于相关技术中的常用的航空风机，本申请实施例提供的用于平流层的混流风机提高了压头、流量和响应时间，进而提升了浮空器的高度调节能力。
[0008]在本申请的一种可能的实现方式中，流出叶轮出气侧的气体流道方向与叶轮的轴线方向的夹角大于等于60度且小于90度。
[0009]在本申请的一种可能的实现方式中，叶轮包括轮盘和叶片，其中，轮盘设置在空腔内绕其轴线方向转动，轮盘从进气侧延伸至出气侧；叶片为多个，多个叶片固定在轮盘上靠近壳体一侧的表面，并沿轮盘的圆周方向均匀分布。
[0010]在本申请的一种可能的实现方式中，轮盘固定叶片的表面呈贝塞尔曲线延伸。
[0011]在本申请的一种可能的实现方式中，叶片为三元扭叶片，且叶片的厚度沿叶片的高度方向逐渐减小。
[0012]在本申请的一种可能的实现方式中，壳体包括轮盖，轮盖设置在轮盘固定叶片的一侧，轮盖与叶片的顶部之间形成有叶尖间隙，气体流道包括轮盖与轮盘之间形成的第一气体流道。
[0013]在本申请的一种可能的实现方式中，沿第一气体流道的气流方向，轮盘沿其设置叶片的一侧弯曲，轮盖沿远离叶片的方向弯曲。
[0014]在本申请的一种可能的实现方式中，轮盘与轮盖之间形成第一气体流道，第一气体流道的宽度从进气侧向出气侧逐渐减小。
[0015]在本申请的一种可能的实现方式中，壳体包括扩压器，扩压器位于叶轮的出气侧且与出气侧连通，气体流道包括扩压器在出气侧形成的第二气体流道。
[0016]在本申请的一种可能的实现方式中，扩压器包括上缘和下缘，上缘设置在轮盘的延伸方向上，下缘设置在轮盖的延伸方向上且与轮盖固定，轮盖与上缘之间设置多个支撑柱，以支撑上缘，上缘和下缘之间形成第二气体流道。
[0017]在本申请的一种可能的实现方式中，用于平流层的混流风机包括电机和轴承，轴承的内圈与电机输出轴适配，以使电机输出轴与轴承可旋转连接，电机输出轴的一端与叶轮固定连接。
[0018]在本申请的一种可能的实现方式中，电机输出轴的另一端连接有预载组件，预载组件设置在轴承上，预载组件可沿电机输出轴的轴线方向滑动。
[0019]在本申请的一种可能的实现方式中，预载组件包括端盖、保持架和弹性件，端盖设置在电机输出轴的另一端的端部，保持架设置在端盖与轴承的外圈之间，保持架与端盖可相对滑动，保持架与轴承的外圈固定，弹性件沿电机输出轴的轴线方向设置在端盖和保持架之间。
[0020]在本申请的一种可能的实现方式中，保持架与端盖可相对滑动的部位设置有密封圈。
[0021]在本申请的一种可能的实现方式中，壳体包括有风机外壳和电机外壳，风机外壳和电机外壳均设置在叶轮的进气侧，风机外壳和电机外壳的两端均为开口设置，电机外壳设置在风机外壳的内部，电机外壳内壁与电机固定，风机外壳的一端与轮盖固定连接，气流流道包括风机外壳与电机外壳通过连接件固定形成的第三气体流道。
[0022]在本申请的一种可能的实现方式中，壳体包括集流器，集流器的两端为开口设置，集流器的一端形成进气口，进气口为喇叭型，气体流道包括集流器的另一端与风机外壳的另一端固定形成的第四气体流道，第四气体流道与第三气体流道连通。
[0023]在本申请的一种可能的实现方式中，壳体包括整流罩，整流罩设置在集流器内，整流罩与电机外壳远离叶轮的进气侧的一端固定，整流罩与集流器之间形成的第四气体流道，第四气体流道的宽度从集流器上设置进气口的一端向集流器的另一端逐渐减小。
[0024]在本申请的一种可能的实现方式中，用于平流层的混流风机还包括阀门组件，阀门组件包括阀盖和阀体，阀盖通过多个连接柱与集流器上设置进气口的一侧连接，多个连接柱之间形成进气通道，阀盖与进气口适配。
[0025]在本申请的一种可能的实现方式中，用于平流层的混流风机还包括安装板，安装板上设置多个安装部，用于将下缘和集流器固定在安装板上。
[0026]在本申请的一种可能的实现方式中，靠近风机外壳一侧的集流器上还设置有扩展壳，扩展壳设置在风机外壳的外部，扩展壳沿安装板的一侧延伸并固定在安装板上，扩展壳与风机外壳之间形成线缆腔，线缆腔用于设置线缆。
[0027]在本申请的一种可能的实现方式中，安装板上设置有航插件和测量件，航插件用于实现内部线缆与外部线缆的连接，测量件用于测量浮空器的囊体的工作状态。
[0028]在本申请的一种可能的实现方式中，用于平流层的混流风机包括透明罩，透明罩与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于平流层的混流风机，其特征在于，包括：壳体，所述壳体内形成有空腔，所述壳体上设置有与所述空腔连通的进气口和出气口，所述出气口用于向浮空器的囊体充气；叶轮，所述叶轮设置在所述空腔内绕所述叶轮的轴线方向转动，带动气流从所述进气口流经所述叶轮后从所述出气口流出，所述叶轮与所述壳体之间形成气体流道，进入所述叶轮进气侧的气体流道方向与所述叶轮的轴线方向平行，流出所述叶轮出气侧的所述气体流道方向与所述叶轮的轴线方向呈锐角夹角设置。2.根据权利要求1所述的用于平流层的混流风机，其特征在于，流出所述叶轮出气侧的所述气体流道方向与所述叶轮的轴线方向的夹角大于等于60度且小于90度。3.根据权利要求1所述的用于平流层的混流风机，其特征在于，所述叶轮包括：轮盘，所述轮盘设置在所述空腔内绕其轴线方向转动，所述轮盘从所述进气侧延伸至所述出气侧；叶片，所述叶片为多个，多个所述叶片固定在所述轮盘上靠近所述壳体一侧的表面，并沿所述轮盘的圆周方向均匀分布。4.根据权利要求3所述的用于平流层的混流风机，其特征在于，所述轮盘固定所述叶片的表面呈贝塞尔曲线延伸。5.根据权利要求3所述的用于平流层的混流风机，其特征在于，所述叶片为三元扭叶片，且所述叶片的厚度沿所述叶片的高度方向逐渐减小。6.根据权利要求3所述的用于平流层的混流风机，其特征在于，所述壳体包括轮盖，所述轮盖设置在所述轮盘固定所述叶片的一侧，所述轮盖与所述叶片的顶部之间形成有叶尖间隙，所述气体流道包括所述轮盖与所述轮盘之间形成的第一气体流道。7.根据权利要求6所述的用于平流层的混流风机，其特征在于，沿所述第一气体流道的气流方向，所述轮盘沿其设置所述叶片的一侧弯曲，所述轮盖沿远离所述叶片的方向弯曲。8.根据权利要求6所述的用于平流层的混流风机，其特征在于，所述轮盘与所述轮盖之间形成所述第一气体流道，所述第一气体流道的宽度从所述进气侧向所述出气侧逐渐减小。9.根据权利要求6所述的用于平流层的混流风机，其特征在于，所述壳体包括扩压器，所述扩压器位于所述叶轮的出气侧且与所述出气侧连通，所述气体流道包括所述扩压器在所述出气侧形成的第二气体流道。10.根据权利要求9所述的用于平流层的混流风机，其特征在于，所述扩压器包括上缘和下缘，所述上缘设置在所述轮盘的延伸方向上，所述下缘设置在所述轮盖的延伸方向上且与所述轮盖固定，所述轮盖与所述上缘之间设置多个支撑柱，以支撑所述上缘，所述上缘和所述下缘之间形成所述第二气体流道。11.根据权利要求10所述的用于平流层的混流风机，其特征在于，所述用于平流层的混流风机包括电机和轴承，所述轴承的内圈与所述电机输出轴适配，以使所述电机输出轴与所述轴承可旋转连接，所述电机输出轴的一端与所述叶轮固定连接。12.根据权利要求11所述的用于平流层的混流风机，其特征在于，所述电机输出轴的另一端连接有预载组件，所述预载组件设置在所述轴承上，所述预载组件可沿所述电机输出轴的轴线方向滑动。
13.根据权利要求12所述的用于平流层的混流风机，其特征在于，所述预载组件包括端盖、保持架和弹性件，所述端盖设置在所述电机输出轴的另一端的端部，所述保持架设置在所述端盖与所述轴承的外圈之间，所述保持架与所述端盖可相对滑动，所述保持架与所述轴承的外圈固定，所述弹性件沿所述电机输出轴的轴线方向设置在所述端盖和所述保持架之间。14.根据权利要求13所述的用于平流层的混流风机，其特征在于，所述保持架与所述端盖可相对滑动的部位设置有密封圈。15.根据权利要求11所述的用于平流层的混流风机，其特征在于，所述壳体包括有风机外壳和电机外壳，所述风机外壳和所述电机外壳均设置在所述叶轮的进气侧，所述风机外壳和所述电机外壳的两端均为开口设置，所述电机外壳设置在所述风机外壳的内部，所述电机外壳内壁与所述电机固定，所述风机外壳的一端与所述轮盖固定连接，所述气流流道包括所述风机外壳与所述电机外壳通过连接件固定形成的第三气体流道。16.根据权利要求15所述的用于平流层的混流风机，其特征在于，所述壳体包括集流器，所述集流器的两端为开口设置，所述集流器的一端形成所述进气口，所述进气口为喇叭型，所述气体流道包括所述集流器的另一端与所述风机外壳的另一端固定形成的第四气体流道，所述第四气体流道与所述第三气体流道连通。17.根据权利要求16所述的用于平流层的混流风机，其特征在于，所述壳体包括整流罩，所述整流罩设置在所述集流器内，所述整流罩与所述电机外壳远离所述叶轮的进气侧的一端固定，所述整流罩与所述集流器之间形成的所述第四气体流道，所述第四气体流道的宽度从所述集流器上设置进气口的一端向所述集流器的另一端逐渐减小。18.根据权利要求16所述的用于平流层的混流风机，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：屈维，苗景刚，何泽青，李蕊，张帅，陈其，张冬辉，
申请(专利权)人：中国科学院空天信息创新研究院，
类型：发明
国别省市：