專利名稱：超壓碟形浮升一體飛行器的制作方法
技術領域：
本發明涉及飛行器技術領域，尤其涉及一種應用于臨近空間飛行的超壓碟形浮升一體飛行器。
背景技術：
目前飛行器在實現飛行的技術手段上，往往以單一形式為主，例如固定翼飛機、直升機等是以機翼和旋槳產生的升力供其完成飛行，而飛艇等浮空器則是通過內部填充的浮升氣體所產生的浮力供其完成飛行，二者的缺陷均在于其升力形式單一，一旦其升力形式失效則無法提供有效的補救措施，進而造成不可彌補的損失。現有技術之所以存在這些缺陷，主要是因為此類設計基本能夠滿足人們目前的正常使用要求，比如飛機通常在I萬米左右的高度開展飛行，傳統飛艇飛行高度則更低，通過·現有技術均已經能夠實現。但對于今后開展更高高度的臨近空間飛行，如3萬米左右高度的飛行，現有技術將存在諸多困難，只有探究新技術才有可能實現，本發明超壓碟形浮升一體飛行器的設計理念也正是基于此。
發明內容
(一 )要解決的技術問題有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種應用于臨近空間飛行的超壓碟形浮升一體飛行器，以解決傳統飛行器升力形式單一這一問題。( 二 )技術方案為達到上述目的，本發明提供了一種超壓碟形浮升一體飛行器，包括艇體；設置于艇體表面的太陽能電池；設置于艇體側面的艇上推進單元；設置于艇體下方與艇體連接的設備艙；以及設置于設備艙側面的設備艙推進單元。上述方案中，所述艇體采用組合式構型，上半部分為橢球形，下半部分為碟形，上半部分與下半部分之間采用一體成型工藝或無風焊接工藝進行連接。上述方案中，所述艇體內部設置有副氣囊，副氣囊體積小于傳統飛艇副氣囊體積，減小部分通過超壓技術予以彌補。上述方案中，通過在所述艇體內部設置多個柔性隔層，同時輔助一系列承力線纜來實現該飛行器的超壓。上述方案中，所述艇體通過內充的氦氣為該飛行器提供浮力，保持該飛行器滯空。上述方案中，所述太陽能電池設置于艇體的頂部表面，且通過粘合方式與艇體連接。上述方案中，所述太陽能電池作為能源供給單元為該飛行器進行供電，將白天產生的電能分為兩部分，一部分維持該飛行器白天使用，另一部分存儲進安裝于設備艙內的燃料電池，供該飛行器夜間使用。上述方案中，所述艇上推進單元用于控制飛行器的偏航及輔助前進，包括對稱地設置于艇體四周的第一螺旋槳、第二螺旋槳、第三螺旋槳和第四螺旋槳，以及四個艇體推進電機和四個艇體傾轉電機，其中，每個螺旋槳對應配置有一個艇體推進電機和一個艇體傾轉電機。上述方案中，所述艇上推進單元與艇體之間通過綁扎和剛性的方式連接。上述方案中，所述設備艙內安裝有各種儀器設備，至少包括燃料電池、飛控儀器和測控儀器，用于完成對該飛行器的各種操作和控制。上述方案中，所述設備艙通過艇體設備艙連接件與艇體連接，該艇體設備艙連接件用于保證該飛行器整體的穩定性，包括一剛性連接件和多個柔性連接件，該剛性連接件設置于設備艙與艇體之間的中心軸線上，該多個柔性連接件設置于該剛性連接件四周。上述方案中，所述設備艙推進單元用于控制飛行器的俯仰及輔助前進，包括對稱地設置于設備艙四周的第五螺旋槳、第六螺旋槳、第七螺旋槳和第八螺旋槳，以及四個艇體推進電機和四個艇體傾轉電機，其中，每個螺旋槳對應配置有一個艇體推進電機和一個艇體傾轉電機。·上述方案中，所述設備艙推進單元與設備艙之間通過綁扎和剛性的方式連接。上述方案中，所述艇上推進單元與所述設備艙推進單元是控制該飛行器的執行機構，通過其產生的推進力保證飛行器升降、前進、轉彎和錨泊。(三)有益效果從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果I、本發明提供的超壓碟形浮升一體飛行器，通過飛行器新構形的設計來解決了傳統飛行器升力形式單一這一問題，即通過浮空器自身的浮力和碟狀構型所能產生的升力，兩者結合互為補充，使得飛行器具備浮升一體式設計，進而達到飛行器能夠升空、并完成滯空飛行的目的。2、本發明提供的超壓碟形浮升一體飛行器，與常規的浮空器相比，其浮升工作原理同時依靠氦氣提供的浮力和自身構型提供的升力，這樣一方面減輕了飛行器對于浮力的依賴，另一方面也充分發揮了構型自身的特點，這是傳統設計所不曾具備的。3、本發明提供的超壓碟形浮升一體飛行器，將超壓技術應用到副氣囊的設計上，通過超壓技術使得副氣囊占系統整體的比例有所減少，這樣就在一定程度上增加了主氣囊的比例，進而增加系統的有效升力，這是對現有技術的完善和補充。4、本發明提供的超壓碟形浮升一體飛行器，在控制方面通過安裝在艇體和設備艙上的推進器來完成姿態控制，即改變了系統的基本控制模式和控制策略，是一種新的嘗試。
圖I是本發明采用的前進控制原理示意圖。圖2是本發明提供的超壓碟形浮升一體飛行器的結構示意圖。圖3是本發明提供的超壓碟形浮升一體飛行器在能源方面的原理示意圖。附圖標記說明I太陽能電池，2艇體，3第一螺旋槳，4第二螺旋槳，5第三螺旋槳，6剛性連接件，7柔性連接件，8設備艙，9第五螺旋槳，10第六螺旋槳，11第七螺旋槳，3-1第一艇體推進電機，3-2第一艇體傾轉電機，4-1第二艇體推進電機，4-2第二艇體傾轉電機，5-1第三艇體推進電機，5-2第三艇體傾轉電機，9-1第五艇體推進電機，9-2第五艇體傾轉電機，10-1第六艇體推進電機，10-2第六艇體傾轉電機，11-1第七艇體推進電機和11-2第七艇體傾轉電機。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。首先，針對本發明提供的超壓碟形浮升一體飛行器涉及的超壓技術和飛行原理予以詳細說明。I)超壓技術根據理想狀體氣體方程·
PV = nRT = ^-RT(LI)
M假定飛艇在滯空高度上總體積V保持不變，壓力增加，則AP V = —RT( \ 2)
M其中，M是氦氣的摩爾質量，Am是氦氣重量的改變量；因為Am = AV · P He(0)代入上式I. 2可得
RTAP = j^AV pHe(0)(1.3)這里令
RT則I. 3式中的可簡化為
M
DrJ'- = Rih,.T(1.4)
m又根據I. I XPV=-RT可得:P=爹·Α·7. = ρΑ7.
^ Pn這里M按空氣的摩爾質量計算，則可得Γ = ^■，其中PaP a對應同一高度；故I. 3式中的#可再次化簡為
M
RT u 7, .. P, P, R11.= Rue · I = ·TT- =(L 5)
MRp p R
d 廠 U>uU=—
Pa PHeO將上式I. 5代入I. 3式后，可得
「 I Λη RT、'rAV RT ,、AP =-AV · p,,r,0 =——· — · pH . (I. 6)
MVV M
權利要求
1.一種超壓碟形浮升一體飛行器，其特征在于，包括 艇體； 設置于艇體表面的太陽能電池； 設置于艇體側面的艇上推進單元； 設置于艇體下方與艇體連接的設備艙；以及 設置于設備艙側面的設備艙推進單元。
2.根據權利要求I所述的超壓碟形浮升一體飛行器，其特征在于，所述艇體采用組合式構型，上半部分為橢球形，下半部分為碟形，上半部分與下半部分之間采用一體成型工藝或無風焊接工藝進行連接。
3.根據權利要求I所述的超壓碟形浮升一體飛行器，其特征在于，所述艇體內部設置有副氣囊，副氣囊體積小于傳統飛艇副氣囊體積，減小部分通過超壓技術予以彌補。
4.根據權利要求I所述的超壓碟形浮升一體飛行器，其特征在于，通過在所述艇體內部設置多個柔性隔層，同時輔助一系列承力線纜來實現該飛行器的超壓。
5.根據權利要求I所述的超壓碟形浮升一體飛行器，其特征在于，所述艇體通過內充的氦氣為該飛行器提供浮力，保持該飛行器滯空。
6.根據權利要求I所述的超壓碟形浮升一體飛行器，其特征在于，所述太陽能電池設置于艇體的頂部表面，且通過粘合方式與艇體連接。
7.根據權利要求I所述的超壓碟形浮升一體飛行器，其特征在于，所述太陽能電池作為能源供給單元為該飛行器進行供電，將白天產生的電能分為兩部分，一部分維持該飛行器白天使用，另一部分存儲進安裝于設備艙內的燃料電池，供該飛行器夜間使用。
8.根據權利要求I所述的超壓碟形浮升一體飛行器，其特征在于，所述艇上推進單元用于控制飛行器的偏航及輔助前進，包括對稱地設置于艇體四周的第一螺旋槳、第二螺旋槳、第三螺旋槳和第四螺旋槳，以及四個艇體推進電機和四個艇體傾轉電機，其中，每個螺旋槳對應配置有一個艇體推進電機和一個艇體傾轉電機。
9.根據權利要求I所述的超壓碟形浮升一體飛行器，其特征在于，所述艇上推進單元與艇體之間通過綁扎和剛性的方式連接。
10.根據權利要求I所述的超壓碟形浮升一體飛行器，其特征在于，所述設備艙內安裝有各種儀器設備，至少包括燃料電池、飛控儀器和測控儀器，用于完成對該飛行器的各種操作和控制。
11.根據權利要求I所述的超壓碟形浮升一體飛行器，其特征在于，所述設備艙通過艇體設備艙連接件與艇體連接，該艇體設備艙連接件用于保證該飛行器整體的穩定性，包括一剛性連接件和多個柔性連接件，該剛性連接件設置于設備艙與艇體之間的中心軸線上，該多個柔性連接件設置于該剛性連接件四周。
12.根據權利要求I所述的超壓碟形浮升一體飛行器，其特征在于，所述設備艙推進單元用于控制飛行器的俯仰及輔助前進，包括對稱地設置于設備艙四周的第五螺旋槳、第六螺旋槳、第七螺旋槳和第八螺旋槳，以及四個艇體推進電機和四個艇體傾轉電機，其中，每個螺旋槳對應配置有一個艇體推進電機和一個艇體傾轉電機。
13.根據權利要求I所述的超壓碟形浮升一體飛行器，其特征在于，所述設備艙推進單元與設備艙之間通過綁扎和剛性的方式連接。
14.根據權利要求I所述的超壓碟形浮升一體飛行器，其特征在于，所述艇上推進單元與所述設備艙推進單元是控制該飛行器的執行機構，通過其產生的推進力保證飛行器升降、前進、轉彎和錨泊。
全文摘要
本發明公開了一種超壓碟形浮升一體飛行器，包括艇體；設置于艇體表面的太陽能電池；設置于艇體側面的艇上推進單元；設置于艇體下方與艇體連接的設備艙；以及設置于設備艙側面的設備艙推進單元。利用本發明，通過飛行器新構形的設計來解決傳統飛行器升力形式單一這一問題，即通過浮空器自身的浮力和碟狀構型所能產生的升力，兩者結合互為補充，使得飛行器具備浮升一體式設計，進而達到飛行器能夠升空、并完成滯空飛行的目的。
文檔編號B64B1/30GK102897311SQ201210421148
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月29日 優先權日2012年10月29日
發明者楊燕初, 王生, 姜魯華, 祝榕辰, 苗景剛 申請人:中國科學院光電研究院