[发明专利]扁豆形飞船和相关控制

说明书

本申请是申请人LTA有限公司于2008年8月7日提交的发明专利申请第200880102587.X号（国际申请号：PCT/US2008/009453；国际公布号：WO2009/023114），发明名称为扁豆形飞船和相关控制的分案申请。

相关申请

根据35U.S.C.§119，本申请要求2007年8月9日提交的美国临时申请60/935,383的优先权，该申请的主题内容通过引用全文包含在本说明书中。

此外，本申请涉及2007年10月18日提交的题为“Lenticular Airship”的专利申请11/907,883，该申请的公开号为2008/0179454，通过引用方式全文包含在本说明书中。

技术领域

本发明涉及扁豆形飞船。特别是，本发明涉及飞船和用来改善操控性和操作性的相关控制。

背景技术

自1783年Montgolfier兄弟的热气球首次成功载人飞行之后，空气静力学方面比空气轻的飞船已经展现出重要作用。从那时起就进行了许多改进，但是载人热气球的设计和概念仍然基本类似。这种设计可以包括用来承载操作者和乘客的吊舱、加热设备（例如，丙烷喷灯）、和附连到吊舱并配置成填充空气的巨型机壳或包囊。然后，操作者可以使用该加热设备加热空气直到热空气的浮力在机壳上施加足够的力来提升气球以及附连的吊舱。已经发现，对这种飞船进行导航比较困难，主要是因为风海流以及缺乏为气球导向的推进单元。

为了改善比空气轻的飞行这一概念，一些比空气轻的飞船演进成包括推进单元、导航仪器以及飞行控制器。这种附加设备可以让这种飞船的操作者将推进单元的推力进行导向，以使飞船根据需要前进。采用推进单元和导航仪器的飞船通常不使用热空气作为提升气体（虽然也可以使用热空气），而是许多操作者优选使用比空气轻的气体诸如氢气和氦气。这些飞船还可以包括用来保持比空气轻的气体的机壳、机组区域和货物区域等等。飞船通常为流线形，形成隔音罩或齐柏林飞艇形状（也称为“雪茄”形），这种形状在减小阻力的同时，可能让飞船遭遇不利的空气动力学影响（例如，天气突变和操控能力下降）。

除了传统热气球之外的飞船可以分成几种构造类型：刚性、半刚性、非刚性和混合型。刚性飞船通常具有刚性框架，这些框架包含多个非压缩气体单元或气球来提供升力。这种飞船并不依赖气体单元的内部压力来保持其形状。半刚性飞船通常采用气体机壳内一定的压力来保持其形状，但是还可以沿着机壳下部具有框架，用来将悬挂载荷分布到机壳并让机壳压力较小，等等。非刚性飞船通常采用超过周围空气压力的压力水平以保持其形状，并且与载货设备关联的任何负载由气体机壳和相关织物来承担。通常所用的飞艇是非刚性飞船的示例。

混合飞船可以包含其他类型的飞船的元件，诸如用来支撑载荷的框架以及利用与提升气体关联的压力来维持其形状的机壳。混合飞船还可以组合比空气重的飞船的特征（例如，飞机和直升飞机）和比空气轻的技术来产生额外的升力和稳定性。应该注意，许多飞船在装满货物和燃料时，可能比空气重并因此可以使用它们的推进系统和形状来产生停留在高处所需的空气动力。但是，在混合飞船的情况下，飞船和货物的重量可以通过与提升气体诸如例如氦气关联的力所产生的升力进行显著补偿，而辅助升力可以来自与船身关联的空气提升动力。

与比空气轻的气体关联的提升力（即，浮力）可能取决于许多因素，包括环境压力和温度等。例如，在海平面上，大约一立方米的氦气可以平衡大约1千克的质量。因此，飞船可以包括相应的大型机壳，利用它来保持充分的提升气体来提升飞船的质量。配置成提升重型货物的飞船可以采用尺寸满足待提升载荷的机壳。

一旦飞船开始运行，飞船的船身设计和流线形可以提供额外的升力。例如，扁豆形飞船可以具有圆形轮廓的碟形，直径可以大于相关的高度。因此，飞船的重量可以通过船身的空气动力升力和与提升气体包括例如氦气关联的力进行补偿。

但是，由于容易受到不利空气动力的影响，比空气轻的飞船可能存在与空气动力学稳定相关的特殊问题。例如，传统飞船通常可能在俯仰轴上出现较低的空气动力稳定性。扁豆形物体可能比球形或椭球形物体的空气动力稳定性更差。例如，物体周围的边界层流可能在拖尾边缘正前方的位置分开并形成明显的湍流。因此，希望出现可以改善空气动力学稳定性的系统和方法。