[发明专利]一种氢能源飞艇

说明书

技术领域

本发明涉及浮空器设计领域，具体涉及一种氢能源飞艇。

背景技术

飞艇是一种具有推进和飞行控制装置的浮空器，就其结构而言，通常包括充有氦气的艇体、位于艇体下方的吊舱、起稳定控制作用的尾翼和提供动力的推进系统。飞艇因其良好的可靠性和安全性，以及可进行定点悬停的特点，广泛应用于目前的航拍、测绘、广告等领域中。

近年来，随着民众环保意识的增强和电动推进技术的进步，以及平流层高度飞行研究热潮的到来，电动飞艇成为目前飞艇研究领域的热点。

但是，目前电动飞艇的研制尚有许多待攻克的关键技术，其中就包括能源和高度保持等技术问题。

就目前的平流层飞艇的高度保持问题，具体为：由于目前飞艇结构中，其艇体通常为封闭式的结构，即，在艇体内充满气体后就将整个艇体封闭，不能够实时的对艇体内部的气体进行调节，而在飞艇前进或者悬浮过程中，其所处环境和时间段各有不同，当环境温度发生变化时，根据PV＝nRT(克拉伯龙方程)，其中P为气体压强，V为气体体积，n为气体的物质的量，T为体系温度，R为比例系数，可知，当温度升高时，艇体的体积V将会增大，而当温度降低时，艇体的体积V将会缩小，再根据阿基米德浮力计算公式F＝ρgV可知，当艇体的体积V增大时，飞艇受到的浮力增大，此时，飞艇竖直方向上的平衡被打破，飞艇呈上升趋势；而当环境温度降低时，艇体的体积V收缩，飞艇所受到的浮力减小，此时，飞艇竖直方向上的平衡也会被打破，飞艇呈下降趋势。正因于此，使得目前飞艇的高度保持问题一直难以解决。

如中国实用新型专利《一种太阳能旋翼充气软体无人飞艇》，专利号为：CN201420669969.3，其飞艇结构，包括艇身前部和中部充有氦气的无人飞艇，所述无人飞艇艇身呈中部下凹的三角形，艇身上设有太阳能采集和存储装置、上升旋翼、前推旋翼、摆动尾翼和视频采集传输系统，利用太阳能为无人飞艇长时间巡检提供动力，滞空时间长，且具有上升旋翼和摆动尾翼，可精确调整悬停位置，减小震动，有利于采集到清晰的图像。在该专利中，在温度发生变化时，其艇身依然会发生变化，虽然其在竖直方向上设置有上升旋翼，但是该上升旋翼只能在飞艇需要上升动力时，提供动力输出，而并不能对高度保持提供任何帮助。

另一方面，目前的电动飞艇设计均采用氦气作浮升气体、太阳能薄膜电池或锂电池作能源，电动机作动力的技术方案：

如中国实用新型专利《太阳能电动飞艇》，专利号：CN200820083421.5，其公开了一种太阳能电动飞艇，包括气囊构造的艇体，在艇体的上表面覆贴太阳能电池层，艇体中部设有驾驶舱、氦气充气装置和电能储存装置，尾部设有推进器；艇体下部装有四条智能伸缩支腿和四个平衡推进器，在尾部推进器后方设有方向舵。该实用新型由于在艇体的上表面覆贴太阳能电池层，白天靠太阳能电池供电，夜间靠蓄电池供电，可减小艇载蓄电池的体积和重量，一次续航距离延长。

再如中国发明专利《一种飞艇太阳能光伏电池热控制方法》，专利号：CN201410129192.6，其公开了一种飞艇太阳能光伏电池热控制方法，在太阳能光伏电池与飞艇蒙皮之间留有间距，太阳能光伏电池沿飞艇轴向连续铺设，或断续铺设周向形成太阳能光伏电池阵列，太阳能光伏电池与飞艇蒙皮之间通过若干均匀分布的连接组件连接；该发明通过在飞艇蒙皮与太阳能光伏电池之间留有间距，以降低太阳能光伏电池温度，提高电效率，同时消除太阳能光伏电池废热向飞艇浮升气体的传递；另一方面，不要求太阳能光伏电池为柔性，降低了太阳能光伏电池制造难度。

正如上述两个专利文件所述的飞艇结构，由于飞艇是采用太阳能作为动力源，需要在飞艇上布置大面积的太阳能薄膜电池和相应的蓄电池组，以及相应的电动机，而正因于此使得目前电动飞艇都存在着显著缺点：1)太阳能薄膜电池效率低，所需铺设面积非常大，造成能源重量非常大，而且太阳能薄膜电池由一个个单体拼接而成铺装困难、易损、可靠性低且铺装后维护不便；2)锂电池比能量小，重量大，造价高，而且具有充电次数限制；3)电动机功率密度低，推进功率较大时所需动力装置的重量较大。所以，在目前的电动飞艇中，能源和动力装置具有较重的重量，首先是降低了其负载能力，而且还使得飞艇的制造成本昂贵，后期维护困难。

发明内容

本发明的目的在于，针对目前电动飞艇存在的上述问题，即具有良好的高度保持能力，又能够减轻能源和动力装置重量，并且动力持久，后期维护方便的飞艇。

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：