[发明专利]半开放式飞艇

说明书

技术领域

本发明属于飞艇技术领域，具体涉及一种半开放式飞艇。

背景技术

飞艇是一种依靠空气静浮力升空的、可操纵机动飞行的浮空器，具有良好的操纵性和机动转移能力，与其他飞行器相比，还具有能够以相对较低的功耗实现慢速飞行、定点悬停的独特优势。长航时飞艇为区域对地观测、通信等提供了一种崭新手段，应用前景广泛。

只有当浮力与重力平衡，即净浮力为零时，飞艇才能在空中悬停。由于从地面到高空的大气密度变化显著，为实现大跨高飞行，要求飞艇具有很强的净浮力调节能力。现有技术中的飞艇一般具有固定的外形和排量，其净浮力的调节主要通过改变自重而实现，其主要实现手段是吸入或排出空气。飞行高度跨度越大，空气的吞吐量越大。以氦气飞艇为例，若最大飞行高度为4km，则艇内空气的体积变化将占整个艇体体积的40%左右；若最大飞行高度为20km，该变化量甚至将高达90%。如此巨大的空气吞吐量，将对气体管理系统造成巨大的压力，同时带来能源消耗、吸排热效应等一系列附加的不利影响。

另外，现有技术中的飞艇所携带的浮升气体质量一般是固定的，浮升气体囊随着高度的上升而增加。飞艇的总体积有最大设计飞行高度下的浮升气体体积所决定。按此设计的飞艇，当其运行于低空时，艇内的浮升气囊体积较高空时显著收缩，其减少的体积通过向艇内送入空气进行填补，以保持整艇外形不变。这意味着飞艇不得不携带大量无实际用途的空气，其可观的质量惯量既影响操纵性能，又耗费推进能源。

与此同时，随着飞行高度的降低，空气密度增大，在同样的气流速度、不变的受力面积条件下飞艇所受的纵向气动阻力和横向气动力均较高空显著增加。这对于有限的推进和矢量控制系统配置无疑将造成巨大的压力，对飞艇的操纵稳定性带来挑战。特别是在近地高度，突发扰流带来的横侧向推力将导致飞艇与树木、建筑等发生撞击，是威胁飞艇安全的重要因素。

为减少升降过程中的空气吞吐量和艇内携带的空气量，现有技术中提出了变体飞艇方案。中国专利CN101229848A公开了一种带有充气骨架的空中展开式飞艇，其不足之处是飞艇在低空高度缺乏必要的气动外形，自主飞行能力受到限制，需要气球等辅助运载手段。中国专利CN101157384A公开了一种通过机械方式控制艇体伸长收缩，从而改变气囊体积的变体飞艇，利用其排量的变化调节浮力，避免了副气囊的使用，其不足之处是为了使囊体在变形过程中时刻绷紧，必然要求部分蒙皮区域承受反复的拉伸变形，外加还要承受结构载荷，同时还要保持气密性，对蒙皮材料提出了很高的要求。中国专利CN100577511C公开了一种利用刚性骨架的收展实现变形，其不足之处是大量使用刚性活动部件，结构机构复杂，可靠性保障难度高，飞艇体积越大，其实现技术难度越大。此外，该飞艇在收紧状态下，虽然减小了纵向面积，但是其横侧向迎风面积仍然很大，不利于提高飞行操纵稳定性。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种具有固定承力骨架，而排量体积可主动调整，又无需蒙皮材料反复拉伸的新型飞艇。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为，一种半开放式飞艇，包括固定刚性骨架、浮升气体囊、收束蒙皮、收束装置、空气囊；其中，固定刚性骨架为笼状格构，其包络构成飞艇在设计运行高度的艇体外形；两个空气囊分别位于气艇头部和尾部的固定刚性骨架内；浮升气体囊布置于气艇中部固定刚性骨架内，安装于固定刚性骨架的顶部，浮升气体囊顶面与固定刚性骨架的内顶面固定贴合；收束蒙皮布置在固定刚性骨架内部，并包络浮升气体囊的下半部分，收束蒙皮两侧固定在固定刚性骨架上并与浮升气体囊的固定顶面边缘相接，浮升气体囊轴平面下半部分完全包络在收束蒙皮中；收束装置包括电机、传动机构、收卷器同步轴、收卷器缠绕轮、收卷拉索、联络拉索、刚性支撑杆、撑杆扣锁，两根收卷器同步轴对称平行安装固定于固定刚性骨架中部外侧，收卷器同步轴上安装固定有若干组电机，电机和收卷器同步轴间通过传动机构传动，收卷器同步轴上均匀设有若干收卷器同步轴，两根收卷器同步轴间均匀设有若干组刚性支撑杆；固定刚性骨架上对应于浮升气体囊完全充分展开时，刚性支撑杆所在的位置上固定装配一组撑杆扣锁，相邻的刚性支撑杆之间通过拉索连接套环与联络拉索连接；收卷器同步轴通过收卷拉索接最外侧的刚性支撑杆，收卷拉索、联络拉索、刚性支撑杆一起组成承力索网，浮升气体囊底部和收束蒙皮内表与收束装置的刚性支撑杆连接固定，承力索网呈带状均匀布置在收束蒙皮上，沿飞艇从前到后的方向延伸，通过收束装置缠绕或释放收卷拉索，带动承力索网和收束蒙皮产生移动；浮升气体囊不完全膨胀时，收束蒙皮与浮升气体囊之间形成若干空气室。