[发明专利]一种在线监测浮空飞行器副气囊体积及丰满度的装置

说明书

技术领域

本发明具体涉及一种在线监测浮空飞行器副气囊体积及丰满度的装置。

背景技术

目前，浮空飞行器是一种轻于空气的飞行器，依靠气囊内部的浮升气体所产生的浮力来克服其自身的重量以实现留空，浮空飞行器具有留空时间长、使用经济性好、安全可靠等优点，是目前世界军事大国争相研制、开发的一种高科技术产品，具有十分广泛的军事和民用用途。

由于气囊材料自身的渗漏特性，浮空飞行器在执行飞行任务前需要估算气囊内剩余氦气的体积，以确保其有效飞行高度满足任务需要。常规的测算方法是称重（对于飞艇而言）或测量球体平台净浮力（对于系留气球而言），这两种方法都需要将浮空飞行器解除系留，且需要多名地面维护人员协同进行，费时费力。浮空飞行器在执行任务过程中，尤其是需要长期留空时，飞行人员需要获取副气囊实际体积变化情况及副气囊实际体积量，防止出现由于气囊渗漏引起副气囊初始体积过大，导致回收过程中气囊超压调节功能失效，球体平台无法正常回收。常规的监测方法是计算副气囊超压与气囊超压之间的差值，但此数据仅能近似反映副气囊顶部距气囊底部的实际垂直高度，没有考虑副气囊材料和大气环境随飞行高度的变化所带来的影响，故此数据精度较差不能满足实际使用需求。

发明内容

本发明的目的就是针对目前浮空飞行器上述之不足，而提供一种在线监测浮空飞行器副气囊体积及丰满度的装置。

本发明由A差压传感器（1）、B差压传感器（2）、大气数据采集系统（3）、大气静压采集装置（4）、A温度传感器（5）、B温度传感器（6）、球载通信系统（10）和地面中控室（9）组成，A差压传感器（1）、B差压传感器（2）、大气数据采集系统（3）分别安装在浮空飞行器整流罩内的挂架上，浮空飞行器的气囊（7）和副气囊（8）上分别开有气体采集接口，A差压传感器（1）和B差压传感器（2）的正压接口分别通过管路与浮空飞行器的气囊（7）和副气囊（8）上的气体采集接口相连，大气静压采集装置（4）安装在浮空器的气囊底部，大气静压采集装置（4）通过管路分别与A差压传感器（1）和B差压传感器（2）负压接口相连，A温度传感器（5）和B温度传感器（6）分别安装在浮空飞行器的气囊（7）和副气囊（8）底部，A差压传感器（1）、B差压传感器（2）、大气数据采集系统（3）、A温度传感器（5）和B温度传感器（6）的信号输出端分别通过球载通信系统10与地面中控室（9）的信号输入端信号连接。

监测浮空飞行器副气囊体积及丰满度的计算方法如下：

对任意飞行高度H时副气囊（8）顶部进行受力分析，并根据力学平衡知识易得

      (1)

式中：

h-任意海拔高度H处副气囊顶端距气囊底部垂直高度，m；

－气囊差压传感器测得超压值，Pa；

－副气囊差压传感器测得超压值，Pa；

－副气囊材料重力相对副气囊测压点处产生的压

力，Pa；

－重力加速度，m/s²；

－副气囊内空气密度，kg/m³；

－气囊内的氦气密度，kg/m³；

根据理想气体状态方程可得：

    (2)

     (3)

式中：

－任意海拔高度H处大气压力，Pa；

－任意海拔高度H处气囊及副气囊实测温度，K；

－空气气体常数，J/kgK，=286.72J/kgK；

－氦气气体常数，J/kgK，=2078.75 

J/kgK。

 

则由式(1)、(2)、(3)可得：

   (4)

则任意海拔高度H处副气囊体积V_H副及副气囊丰满度可表示为：

        (5)

     (6)

式中：

－任意海拔高度H处副气囊实时体积占副气囊总体积的比值，无量纲；

－任意海拔高度H处副气囊实时体积，m³；

－副气囊总体积，m³；

－副气囊体积关于垂直高度h的求解函数，m³。