[发明专利]浮空器空中快速充气系统、充气方法、及其平流层浮空器

说明书

技术领域

本发明属于浮空器领域，具体涉及一种浮空器空中快速充气系统、充气方法、及其平流层浮空器。

背景技术

平流层浮空器一般是在海拔20km以上高度执行任务，平流层浮空器因其驻空时间长、使用效费低，在情报侦察、预警探测、通信中继、信息对抗、导航定位、应急救灾、环境监测等众多领域中有着广泛的应用前景。

传统平流层浮空器一般利用氦气作为浮升气体，部署过程需要经过地面准备、展开、充气、释放、爬升和调整等阶段，升空时间长、部署调整难，部署时段和区域严重受环境因素制约，难以适应现代军事需求。

快速进入平流层浮空器一般采用弹载发射或者机载发射的方式实现，与常规升空发放的平流层浮空器系统相比，具有快速部署、快速升空、快速响应的特点。

国内和国外对快速进入平流层浮空器系统一般只进行了探索性研究，对于快速进入平流层浮空器空中快速充气的技术研究基本处于空白状态。目前尚无很好的适用于快速进入平流层浮空器的空中快速充气装置。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种适用于快速进入平流层浮空器的空中快速充气系统、充气方法及其快速进入平流层浮空器。

本发明解决问题的技术方案是：一种浮空器空中快速充气系统,包括液态浮升气体储罐、安装在液态浮升气体储罐出口的低温电磁阀、与低温电磁阀输出端通过管道连接的喷注器、以及安装在喷注器输出端的质量流量计；

所述质量流量计与低温电磁阀电连接。

上述方案利用高压液态浮升气体通过喷注器组件扩容降压转化为气态，充入平流层浮空器的囊体内从而实现空中快速充气过程。

进一步的，所述液态浮升气体储罐的外壁上螺旋盘绕有环形盘管，该环形盘管的一端与低温电磁阀的输出端连接，另一端与喷注器的输入端连接。

该进一步改进的方案中，增加环形盘管一方面可增加液态浮升气体与外界环境的热交换面积和时间，提高进入浮空器囊体内的气体温度；另一方面可降低液态浮升气体储罐漏热，防止储罐在充气前超压。

所述喷注器可直接选用现有的喷注器，优选的，所述喷注器为美国F-1发动机直流喷注器。

此套系统可实现多种浮升气体从液态到气态的转换。优选的，所述液态浮升气体储罐内装有液氢。用液氢作为浮空器的浮升气体，具有体积小、重量轻、方便获取等优点。并且相同体积情况下氢气比传统的氦气能提供的更多的浮力；此外液氢价格便宜且液态温度要高于液氦。

优选的，所述液态浮升气体储罐内设多层真空隔热层。

同时，本发明还提供一种应用上述浮空器空中快速充气系统的浮空器空中快速充气方法,其特征在于包括如下步骤：

（a）在液态浮升气体储罐内充入高压液态浮升气体；

（b）打开低温电磁阀和喷注器，高压液态浮升气体经低温电磁阀进入喷注器，之后经喷注器扩容降压完全气化后充入到平流层浮空器的囊体内，从而实现液转气，完成快速进入平流层浮空器空中快速充气过程。

进一步的，所述液态浮升气体储罐的外壁上螺旋盘绕有环形盘管，该环形盘管的一端与低温电磁阀的输出端连接，另一端与喷注器的输入端连接；

相应的，在上述步骤（b）中打开低温电磁阀后高压液态浮升气体首先进入环形盘管，并吸收外界环境热量完成预热过程，预热后的液态浮升气体部分气化后变成气液两相流，之后再经喷注器扩容降压完全气化。

本发明还提供一种快速进入平流层浮空器，包括平流层浮空器本体，其中，所述平流层浮空器本体连接有上述方案所述的浮空器空中快速充气系统，该浮空器空中快速充气系统的质量流量计输出端与平流层浮空器本体连接。

进一步的，所述浮空器空中快速充气系统可自动从平流层浮空器本体上脱落，二者为可拆卸连接。

本发明的工作原理为：

通过将高压液态浮升气体储存在真空多层隔热的储罐里，高压液态浮升气体经低温电磁阀首先进入到缠绕在储罐外部的环形盘管，并吸收外界环境热量完成预热过程，预热后的液态浮升气体部分气化后变成气液两相流，之后经喷注器扩容降压完全气化后充入到平流层浮空器的囊体内。从而实现液转气，完成快速进入平流层浮空器空中快速充气过程。

本发明的显著效果是：

1.本发明的空中快速充气系统基本为机械部件，具备配置简单、质量轻、运行可靠、体积小等优点，并能自主控制空中充浮升气体的质量流量。该系统为浮空器快速进入平流层奠定了技术基础。