一種組合式平流層飛行器系統方案的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明提供一種組合式平流層飛行器系統方案，屬于航空航天平臺系統技術領域。
【背景技術】
[0002]隨著空天技術領域的進一步拓展，針對航空、航天結合部使用的平流層飛行器已成為各國研究的重點。與傳統飛機相比，低速平流層飛行器的優點是:(I)留空時間長，可持續工作。易于長期、不間斷地獲得情報和數據，及時地對緊急事件迅速做出響應。(2)覆蓋范圍廣。平流層飛行器的飛行高度比傳統飛機大，因此覆蓋范圍也比傳統飛機更寬廣。
[3]生存能力強。由于氣球或軟式飛艇以及一些低速無人機的主要部件采用非金屬材料制成，因此雷達反射截面很小，傳統的雷達難以跟蹤和發現。(4)制造和運行維護費用低，需要的保障人員少、后勤負擔輕。
[0003]與衛星相比，由于平流層飛行器運行高度低，一般只是低軌衛星1/10-1/20，容易實現高分辨率對地觀測，可有效彌補衛星觀測局部盲點。對偵察、觀測設備要求低，采用一般的數字相機，就可能獲得與高精度衛星質量相當的照片；制造成本低，不需要復雜昂貴的發射設施，對地面設備要求也比較低，大部分部件和有效載荷可回收重復使用，因此效費比高。發射過程較為簡單；有效載荷技術難度小，易于更新和維護。
[0004]在平流層飛行器的研制過程中，高空氣球與高空長航時的太陽能無人機已成為各國研究的熱點。但現有研究的問題在于:高空氣球無法實現區域可控飛行，即其活動范圍受到約束；而太陽能無人機受太陽輻照強度的影響需進行高度調節飛行，這將在很大程度上影響其執行任務的性能。
[0005]為此，本發明提出一種高空氣球與太陽能無人機相組合的組合式平流層飛行器系統方案，該方案通過充有氦氣的高空氣球實現平臺在既定高度的穩定駐空，提升載荷能力；通過太陽能無人機的可控機動飛行實現平臺的航路飛行和可返場重復使用。
【發明內容】
[0006](I)目的:本發明的目的在于提供一種高空氣球與太陽能無人機相組合的組合式平流層飛行器系統方案，該方案可實現高空氣球與太陽能無人機之間的優勢互補，既能提高飛行器的載荷能力，又能實現整個平臺的可控飛行和可返場重復使用。
[0007](2)技術方案:本發明一種組合式平流層飛行器系統方案，主要包括:高空氣球、太陽能無人機、連接繩索及輸電線纜。其中，高空氣球部分又包含囊體本體，內部溫度、壓力采集模塊，壓力調節閥門，球體安定面，球體頂部爆破裝置，定位模塊，以及囊體外部的索網結構；太陽能無人機是整個平臺的核心，主要由包含機體安定面的結構分系統，能源分系統，航電飛控分系統，推進分系統，載荷分系統構成。
[0008]所述囊體本體采用輕質、柔韌、高強度的多層纖維制成，主要用于儲存氦氣，為整個平臺提供有效升力； 所述內部溫度、壓力采集模塊主要用于對高空氣球內部的氦氣溫度和壓力進行有實時監測；
所述壓力調節閥門主要用于對高空氣球的內部壓力進行實時控制，進而根據飛行任務的要求來改變系統的浮力(升力)；
所述球體安定面將配合太陽能無人機上的推進系統和機體安定面用于對整個平臺的飛行狀態進行實時監測和控制；
所述爆破裝置除了用于分離太陽能無人機與高空氣球之外，還可對高空氣球自身進行爆破；
所述定位模塊用于高空氣球爆破后對其進行區域預測回收；可以是GPS模塊，也可以是北斗模塊；
所述囊體外部的索網結構主要用于連接太陽能無人機，將高空氣球產生的升力提供給太陽能無人機；
所述包含機體安定面的結構分系統主要提供太陽能無人機上所有機載設備的安裝接
P ；
所述能源分系統主要為整個平臺提供所需的能源，除此之外，該系統兼具能源管理功會K ;
所述航電飛控分系統主要用于對整個平臺的飛行狀態進行實時監測和控制；
所述推進分系統主要用于配合球體安定面和機體安定面實現平臺的飛行姿態調節和航路飛行；
所述載荷分系統主要用于實現既定的飛行任務，如照相、通信。
[0009]整個平臺的工作流程如下:
地面狀態下將高空氣球和太陽能無人機分別組裝和調試完畢，將高空氣球按既定的設計要求進行充氣，在充氣完成后通過連接繩索與太陽能無人機相連；
初始狀態下，太陽能無人機機頭朝上，由高空氣球快速提升至既定的飛行高度；
在達到既定高度后，通過連接繩索和高空氣球上的索網結構進行長度調節，將太陽能無人機拉平；
整個平臺在飛行過程中，高空氣球部分的所有數據和電能將通過輸電線纜進行實時傳輸；
整個平臺在飛行過程中的飛行姿態調節將通過球體安定面、推進系統、機體安定面相互協調完成；
平臺降落時，高空氣球與太陽能無人機間的連接繩將通過爆破裝置進行爆破，實現兩個部分的有效分離；
太陽能無人機通過自身的航電飛控系統實現定點返場；
高空氣球利用頂部的爆破裝置進行爆破，再利用球體內部的GPS定位系統進行區域預測回收。
[0010](3)該方案的優點:1)該系統外形布局新穎，內部結構簡潔，易于工程實現；2)兩者的結合大大增強了平流層飛行器執行飛行任務的能力。高空氣球與太陽能無人機相組合的組合式平流層飛行器系統方案克服了各自單一形式的缺點，兼具了兩者的優勢。即通過充有氦氣的高空氣球實現平臺在既定高度的穩定駐空，提升載荷能力，通過太陽能無人機的可控機動飛行實現平臺的航路飛行；3)節約系統能源。初始狀態下，太陽能無人機機頭朝上，由高空氣球快速提升至既定的飛行高度，這樣可以減小升空阻力，進而節約能源。4)該系統可實現重復利用。平臺降落時，高空氣球與太陽能無人機間的連接繩將通過爆破裝置進行爆破，實現兩個部分的有效分離。太陽能無人機通過自身的航電飛控系統實現定點返場，高空氣球利用頂部的爆破裝置進行爆破，再利用球體內部的定位模塊進行區