[发明专利]水蒸气飞艇

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型的飞艇，是水蒸气飞艇，属于航空工业和技术领域。

背景技术

飞艇是一种古老而成熟的飞行器，与飞机、直升机相比，飞艇具有很多优点，如：1.起飞方便、适应性强，无需专门修建机场和道路，可以实现点对点运输；2.飞行经济，所需动力小，运输相同重量的货物，只需消耗飞机1/5的能源或直升机1/15的能源，是绿色飞行器；3.安全性好，飞艇不是依靠动力升空，而是依靠巨大的气囊填充轻气体，产生浮力升空的，因此即使失去动力，也不会发生事故。传统飞艇已经诞生了一百多年，没有任何实质性的技术革新和进步，实际上，目前飞艇的技术在20世纪20年代就已经成熟。

目前的飞艇主要采用氦气作为填充气体，无论是硬式飞艇(有固定的外壳结构维持外形)、半硬式飞艇(有部分骨架)，还是软式飞艇(外层为织物材料制造，无固定的外壳结构，靠内部气压维持外形)，目前国内外市场上的主要飞艇都是用氦气作为填充气体，如：美国的固特异飞艇、英国的天猫飞艇、德国的齐柏林飞艇(硬式)、我国北京华教飞艇公司的华教系列飞艇、上海达天飞艇公司的达天系列飞艇、特种飞行器研究所研制的浮空系列飞艇，都是采用氦气填充主气囊获得升力，通过往副气囊中注入或抽取空气调节主气囊气压，以控制飞艇的上升或下降(见《飞艇技术概论》，甘晓华、郭颖编著，国防工业出版社)。由于氦气价格昂贵、产量稀少，且运输、储藏困难，使用成本高，还需要大量的地面设备用于保障飞艇氦气的供应和提纯，因此造成目前飞艇的购买成本和使用成本都很高，而且受到氦气供应和提纯的限制而适应性差、可维护性差，使飞艇这种优秀的飞行器难以大量生产和推广，很多需要飞艇的领域只能望而却步，飞艇的巨大优势得不到发挥，无法像飞机一样成为一种为人类广泛使用的飞行器。

发明内容

为解决现有飞艇对氦气依赖的问题，本发明使用高温水蒸气替代氦气实现飞艇的浮空和飞行，在保持传统飞艇优点(运输方便、能耗少、安全等)的前提下，解除了飞艇对氦气的依赖。

本发明所述的水蒸气飞艇，其特征在于，在飞艇使用高温水蒸气作为气囊填充气体，水蒸气温度在100摄氏度以上，或者150摄氏度以上，甚至更高。水蒸气，即水(H₂O)的气体状态，分子量为18，远小于空气的平均分子量29，因此在相同温度和气压下，水蒸气的密度比空气密度小，可以为飞艇提供浮力，而当水蒸气温度升高后，密度会进一步降低，使得水蒸气所能提供的浮力更大。查表(见附表)得知，在150摄氏度、一个标准大气压下，水蒸气的密度为0.5164kg/m³，而在常温常压下，外界空气密度为1.29kg/m³，因此，如果飞艇使用150摄氏度的水蒸气填充气囊，那么每立方米气囊容积将产生约0.77千克浮力，这比氦气所产生的浮力(1.29-0.17＝1.12千克)要小，但比热气球、热气飞艇使用热空气密度低得多，因此完全可以满足普通飞艇的使用。

本发明所述的水蒸气飞艇，其特征在于，在飞艇内部安装有恒温装置，用于对气囊内的水蒸气进行持续补充热量，维持水蒸气的高温。恒温器可以采用电供热或燃料供热，可以把发动机排出的高温废气通过热交换器，为恒温器供热。可以在飞艇内一个部位或多个部位对气囊内气体进行热量补充，由封闭管道和风扇输送，不断把较冷的水蒸气送往恒温器补充热量，使得水蒸气温度始终能保持必要温度，同时使得气囊内水蒸气温度均匀；随着气囊内水蒸气温度升高，密度也不断降低，最终产生的浮力足够满足飞艇起飞。气囊内水蒸气温度越高，则飞艇所产生的升力也就越大，但同时对飞艇气囊制造材料和制造技术的要求也越高，根据飞艇设计的需要、功能的需要、以及所采用的制造材料和制造技术，可以使用100-150摄氏度的水蒸气，甚至温度更高的水蒸气，以满足不同升力的需要。

本发明所述的水蒸气飞艇，其特征在于，气囊内壁贴有隔热保温层，防止高温水蒸气对气囊产生破坏和损伤。许多材料都可以实现隔热，从而保护气囊材料不受高温损坏。可以满足气囊承受100-150摄氏度水蒸气，甚至更高，而气囊不会因接触高温水蒸气受到损坏。同时，隔热保温层还对气囊内高温水蒸气具有保温作用，当飞艇处于飞行状态时，隔热层可以维持气囊内水蒸气的温度，使热量不流失，只需少量补充热量或者无需补充热量。

本发明所述的水蒸气飞艇，其特征在于，飞艇气囊内水蒸气的温度处于自动控制之下，根据飞艇所需的升力大小、浮空高度进行自动调节温度，通过对恒温器的供热控制实现对气囊内水蒸气的温度控制，从而实现对水蒸气密度的控制，从而实现对飞艇浮力大小的控制。