一種減少飛艇氣動阻力和提高姿態穩定的流動控制裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種減少飛艇氣動阻力和提高姿態穩定的流動控制裝置，所述飛艇包括主氣囊，設于主氣囊內部的前副氣囊和后副氣囊；所述流動控制裝置包括設于主氣囊內表面的氣管，環設于主氣囊尾部分離點附近的若干組吹氣槽；所述吹氣槽進氣口設于主氣囊內表面，吹氣槽出氣口與主氣囊尾部外表面相切；所述氣管進氣口分別與前副氣囊和后副氣囊出氣口連接，所述前副氣囊和后副氣囊出氣口處設有截止閥；所述氣管出氣口通過四通電磁閥與吹氣槽進氣口連接；所述氣管出氣口側設有氣泵。本實用新型具有提高飛行性能、降低油耗等特點，對于飛艇的大型化和產業化具有較強的促進作用和廣闊的應用前景。
【專利說明】一種減少飛艇氣動阻力和提高姿態穩定的流動控制裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于浮空器設備及流動控制【技術領域】，具體涉及一種減少飛艇氣動阻力和提高姿態穩定的流動控制裝置。
【背景技術】
[0002]飛艇主要由主氣囊和副氣囊組成，其中主氣囊中為浮升氣體，提供主要升力；副氣囊中為空氣，用于在飛行高度發生變化后維持飛艇的內外壓差不變。由于飛艇速度較低，易受到環境影響，導致在巡航過程中飛艇的攻角/側滑角相比一般飛行器較大，額外的氣動阻力增大的燃油消耗，影響了飛艇的推廣和應用。
[0003]目前，飛艇的氣動減阻控制手段主要有主動控制和被動控制兩種，其中被動控制主要是對飛艇進行氣動外形優化及布局優化，但存在耗費時間長、效果不明顯等缺點。
[0004]主動流動控制具有針對性強，目前針對飛艇主動流動控制減阻手段是對邊界層和尾流進行主動控制，主要有以下手段:在專利US3079106中，Gordon等在飛艇表面布置多孔材料，利用吊艙內的大型風機和泵將氣流從孔內加速流出，實現對飛艇表面氣流邊界層的控制，從而達到減阻的目的；在專利US2009/0200416 Al中，Yee等利用在飛艇后部布置大量的微型推進器和記憶金屬制成的擾流板來加快尾部氣流速度以減少氣流分離，利用推進器進行飛艇姿態控制并實現流動控制減阻；此外，國內采用了從飛艇的前緣駐點到后緣開流動弓I射孔，將部分外部流動轉變為內部流動從引射孔導出，前緣駐點弓I射孔的高壓氣流對后緣低能量區域進行補充，減小壓差阻力；飛機機翼上也利用噴流/射流等手段，來擴大機翼表面層流范圍，達到氣動減阻的目的。
[0005]在上述主動流動控制手段中，利用風機和泵進行流動控制原理簡單，但由于氣源等裝置放置在吊艙內，與囊體上表面出口相對較遠，為了保證氣體流動速度，風機和泵的功率相對較大、質量較重，嚴重影響了在飛行器上的應用；利用微型推進器和擾流板的方案具有減阻效果明顯、姿態控制精度高等優點，但系統設計/控制復雜、費用高，難以在中型飛艇上應用；駐點引射通過將飛艇頭部駐留的氣流引射至尾流上，但由于飛艇的速度一般較低，較大的引射管道直徑才能明顯降低飛艇壓差阻力，引射管道帶來結構重量將導致飛艇體積增大，且不能有效抑制由于攻角/側滑角在飛艇表面產生的氣流分離；由于受到氣源、工作原理、飛艇的氣囊為柔性材料等條件限制，在飛機上應用的噴流/射流手段很難直接應用于飛艇。
[0006]當飛艇具有一定向上俯仰角飛行時，由于重力的原因，單副氣囊中的空氣將移動到后端，若不及時調整，飛艇的抬頭趨勢將越來越大，給飛行帶來安全隱患。
[0007]目前，國內外對于中大型飛艇一般采用多副氣囊來減少空氣流動，并通過同時充/放不同副氣囊中的空氣來調整姿態平衡。
實用新型內容
[0008]本實用新型旨在克服現有技術的不足，提供一種減少飛艇氣動阻力和提高姿態穩定的流動控制裝置。
[0009]為了達到上述目的，本實用新型提供的技術方案為:
[0010]一種減少飛艇氣動阻力和提高姿態穩定的流動控制裝置，所述飛艇包括主氣囊，設于主氣囊內部的前副氣囊和后副氣囊；所述流動控制裝置包括設于主氣囊內表面的氣管，環設于主氣囊尾部分離點附近的若干組吹氣槽；所述吹氣槽進氣口設于主氣囊內表面，吹氣槽出氣口與主氣囊尾部外表面相切；所述氣管進氣口分別與前副氣囊出氣口及后副氣囊出氣口連接，所述前副氣囊出氣口和后副氣囊出氣口處設有截止閥；所述氣管出氣口通過四通電磁閥與吹氣槽進氣口連接；所述氣管出氣口側設有氣泵。
[0011]其中，所述前副氣囊和后副氣囊底部設有風機組件。所述主氣囊尾部分離點附近環設有四組吹氣槽。所述吹氣槽由10?100個吹氣槽單體組成。所述吹氣槽單體高度為
0.5?10cm。所述氣泵處于主氣囊內靠近上表面氣流分離的位置。所述流動控制裝置還包括設于飛艇上的飛艇姿態及速度傳感器。
[0012]下面結合設計及工作原理對本實用新型作進一步說明:
[0013]本實用新型在飛艇主氣囊尾部分離點附近上環設多組由吹氣槽單體組成的吹氣槽，均勻布置在囊體上下左右四個面上；吹氣槽單體為狹長形狀，高0.5?10cm，每10?100個吹氣槽單體構成一組吹氣槽聯合工作；吹氣槽的進氣口在主氣囊內表面，出氣口與囊體外表面相切。氣管均敷設在主氣囊內表面上，并用繩索固定。風機組件由風機和閥門等部分組成。根據需要，每個風機組件上可布置一個或多個風機，用于給副氣囊補充空氣，閥門用于排出副氣囊中多余的空氣。設于副氣囊和后副氣囊出氣口處的截止閥由飛控計算機控制其工作。傳感器主要測量飛艇姿態和飛行速度夾角，為飛行過程中的自主控制和地面控制提供控制輸入。氣泵布置在主氣囊內靠近上表面氣流分離的位置，氣泵與風機的流量相同，并可根據需要利用一個或多個氣泵工作。四通電磁閥安裝氣泵后部，根據飛控計算機的控制指令分配氣流出口，將氣流從吹氣槽中吹出。
[0014]本實用新型克應用在大中型飛艇上，特別是擁有多個副氣囊的飛艇。
[0015]參見圖2和3，本實用新型工作過程如下:
[0016]當一個體積為2000m3飛艇以15m/s的速度飛行時，當艇上傳感器檢測到飛艇攻角大于15°飛行時，打開后副氣囊上的截止閥，同時打開氣泵和前副氣囊上的風機組件，將空氣傳輸到四通電磁閥中后從主氣囊尾部上部的吹氣槽中吹出形成射流，從而減少氣流分離帶來的氣動阻力；同樣地，當處于-15°攻角飛行時，則打開前副氣囊上的截止閥和后副氣囊上的風機組件，空氣從主氣囊尾部下部的吹氣槽中吹出形成射流；當飛艇的側滑角大于15°飛行時，同時打開前后副氣囊上的截止閥和氣泵，并將空氣傳輸到對應的主氣囊尾部側面吹氣槽組上吹出形成射流，從而減少氣流分離產生的氣動阻力約656N。
[0017]當飛艇處于較小攻角/側滑角飛行時，通過關閉所有截止閥和流動控制裝置電源，前后副氣囊上的風機組件同時工作，按照所設定的壓力范圍自動控制充氣和放氣；當需要流動控制裝置進行工作時，打開相應的截止閥和對應的風機組件進行工作。
[0018]此外，飛艇在飛行過程中俯仰角大于15°時，同時打開后副氣囊上截止閥和前副氣囊的風機組件工作，調整前后副氣囊中的空氣使姿態趨于平衡；同樣地，當處于俯仰角小于-15°時，打開前副氣囊上截止閥和后副氣囊上的風機組件來進行調整；當姿態平穩后，則關閉所有截止閥，前后風機組件共同工作，按照壓力控制原則自動控制。[0019]本實用新型的流動控制裝置在減小壓差阻力的同時，利用產生的連續氣流抑制附面層分離，有效的減少了飛艇在大攻角/側滑角情況下的氣動阻力，降低了在抗風飛行過程中的動力需求和燃油消耗，提高了飛行時間和有效載荷能力。
[0020]總之，本實用新型充分利用了現有飛艇系統上的部件作為氣源，根據調整前后副氣囊中空氣質量來調整姿態的方法，將多余的空氣傳輸至飛艇后部并以一定速度噴出，降低由于氣流分離產生的氣動阻力。在對氣動減阻的同時實現了對副氣囊中空氣質量的控制，確保飛行姿態的平穩。本實用新型具有提高飛行性能、降低油耗等特點，對于飛艇的大型化和產業化具有較強的促進作用和廣闊的應用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1為本實用新型結構示意圖；
[0022]圖2是飛艇在15°攻角情況下，艇體后部流場的情況圖；此時艇體后部存在較大的漩渦，氣動阻力系數約為0.1;
[0023]圖3是在15°攻角情況下，開啟本實用新型流動控制裝置后的流場情況圖；此時艇體后部的漩渦被射流吹破，氣動阻力系數約為0.07。
[0024]圖中:1、主氣囊；2、前副氣囊；3、后副氣囊；4、氣管；5、吹氣槽；6、四通電磁閥；7、氣泵；8、截止閥；9、風機組件。
【具體實施方式】
[0025]實施例1
[0026]參見圖1，一種減少飛艇氣動阻力和提高姿態穩定的流動控制裝置，所述飛艇包括主氣囊1，設于主氣囊I內部的前副氣囊2和后副氣囊3 ;，所述流動控制裝置包括設于主氣囊I內表面的氣管4，環設于主氣囊I尾部分離點附近的四組吹氣槽5 ;所述吹氣槽5進氣口設于主氣囊I內表面，吹氣槽5出氣口與主氣囊I尾部外表面相切；所述氣管4進氣口分別與前副氣囊2出氣口及后副氣囊3出氣口連接，所述前副氣囊2出氣口和后副氣囊3出氣口處設有截止閥8 ;所述氣管4出氣口通過四通電磁閥6與吹氣槽5進氣口連接；所述氣管4出氣口側設有氣泵7，氣泵7處于主氣囊I內靠近上表面氣流分離的位置。
[0027]所述前副氣囊2和后副氣囊3底部設有風機組件9。所述吹氣槽5由10?100個吹氣槽單體組成。所述吹氣槽單體高度為0.5?10cm。所述流動控制裝置還包括設于飛艇上的飛艇姿態及速度傳感器。
【權利要求】
1.一種減少飛艇氣動阻力和提高姿態穩定的流動控制裝置，所述飛艇包括主氣囊(1)，設于主氣囊(I)內部的前副氣囊(2)和后副氣囊(3);其特征在于，所述流動控制裝置包括設于主氣囊(I)內表面的氣管(4)，環設于主氣囊(I)尾部分離點附近的若干組吹氣槽(5);所述吹氣槽(5)進氣口設于主氣囊(I)內表面，吹氣槽(5)出氣口與主氣囊(I)尾部外表面相切；所述氣管(4)進氣口分別與前副氣囊(2)出氣口及后副氣囊(3)出氣口連接，所述前副氣囊(2)出氣口和后副氣囊(3)出氣口處設有截止閥(8);所述氣管(4)出氣口通過四通電磁閥(6)與吹氣槽(5)進氣口連接；所述氣管(4)出氣口側設有氣泵(7)。
2.如權利要求1所述的流動控制裝置，其特征在于，所述前副氣囊(2)和后副氣囊(3)底部設有風機組件(9)。
3.如權利要求1或2所述的流動控制裝置，其特征在于，所述主氣囊(I)尾部分離點附近環設有四組吹氣槽(5)。
4.如權利要求3所述的流動控制裝置，其特征在于，所述吹氣槽(5)由10?100個吹氣槽單體組成。
5.如權利要求4所述的流動控制裝置，其特征在于，所述吹氣槽單體高度為0.5?IOcm0
6.如權利要求1所述的流動控制裝置，其特征在于，所述氣泵(7)處于主氣囊(I)內靠近上表面氣流分離的位置。
7.如權利要求1所述的流動控制裝置，其特征在于，所述流動控制裝置還包括設于飛艇上的飛艇姿態及速度傳感器。
【文檔編號】B64B1/58GK203681861SQ201420045548
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年1月24日 優先權日:2014年1月24日
【發明者】肖俊, 羅義平, 張斌 申請人:湖南航天機電設備與特種材料研究所