[发明专利]临近空间飞艇及用于临近空间飞艇的矢量推进装置

说明书

技术领域

本发明涉及平流层飞艇的运用，特别是涉及一种用于临近空间飞艇的矢量推进装置以及一种具有这种矢量推进装置的临近空间飞艇。

背景技术

在飞行器推进与控制技术领域中，例如，临近空间飞艇、比如平流层飞艇在飞行过程中，控制飞艇姿态使其按照预定航迹飞行或机动是十分关键的环节。而矢量推进系统的运用对于飞艇实现抗风飞行、长时间驻留等任务有着重大意义。现有的矢量推进装置主要用于小型飞艇的验证试验上，其构造简单、可用推力小、结构振动特性差、不耐超低温、结构的刚度和强度设计要求较低，因而实用价值不大。

因此，现有技术中存在对于能满足临近空间飞行、比如平流层飞行的矢量推进装置的需求。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种能满足临近空间飞行的矢量推进装置。本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明提供了一种用于临近空间飞艇的矢量推进装置，所述矢量推进装置包括：

执行机构模块，所述执行机构模块包括螺旋桨桨叶和螺旋桨桨毂；

矢量平台模块，所述矢量平台模块包括推进电机和电机轴，所述电机轴与所述螺旋桨桨毂以不可相对转动的方式连接，用于将从所述推进电机输出的扭矩传递至所述螺旋桨桨毂，从而为所述矢量推进装置提供推力；

相对于所述临近空间飞艇固定的固定平台模块，所述固定平台模块包括回转轴承和与所述回转轴承以不可相对转动的方式连接的矢量电机，所述矢量平台模块能够在所述回转轴承上进行转动运动，使得所述固定平台模块的所述矢量电机能够为所述矢量平台模块提供转动驱动力矩，并且所述固定平台模块将所述矢量平台模块的结构重力、所述执行机构模块的气动反作用力和气动力矩传递至所述临近空间飞艇；

限位校准模块，所述限位校准模块包括设置在所述矢量平台模块上的限位块以及设置在所述固定平台模块上的限位挡块和限位器，用于实现对所述矢量推进装置的限位和校准；以及

驱动模块，所述驱动模块包括控制器、与所述控制器电连接的推进电机控制线、矢量电机控制线以及限位器信号线，用于分别对所述推进电机、所述矢量电机和所述限位器提供通信和供电。

进一步地，所述矢量平台模块还包括锁紧装置、桨轴法兰盘、抱箍、支撑架以及底板，所述锁紧装置与所述桨轴法兰盘相配合以将所述螺旋桨桨毂与所述电机轴连接在一起，所述推进电机的电机主体通过所述抱箍和所述支撑架被固定在所述底板上。

进一步地，所述限位块固定连接在所述底板的面向所述固定平台模块的一侧上。

进一步地，所述固定平台模块还包括固定平台法兰盘，所述回转轴承的输出端的转动能够驱动所述底板转动，从而实现推力方向的改变，并且，在所述底板汇聚的力和力矩能够传递至所述固定平台法兰盘。

进一步地，所述固定平台模块还包括蜗轮蜗杆，所述蜗轮蜗杆用于放大从所述矢量电机输出的扭矩并且在所述矢量平台模块以固定角度工作时实现所述矢量平台模块的自锁。

进一步地，所述固定平台模块还包括转接装置，所述转接装置用于连接所述蜗轮蜗杆的输出端与所述回转轴承的输入端，从而将来自所述蜗轮蜗杆的扭矩传递至所述回转轴承。

进一步地，所述限位校准模块包括两个所述限位挡块，用于防止所述矢量平台模块在进行作动时超出两侧的极限工作角度并且在所述蜗轮蜗杆发生故障时保护所述矢量平台模块。

进一步地，所述限位器包括微动开关，当所述限位块转动至极限工作角度时，所述限位块触发所述微动开关，此时所述控制器停止供电，所述限位块与所述限位挡块通过碰撞实现紧急制动。

进一步地，所述驱动模块还包括控制盒，所述控制盒容纳所述控制器，所述控制器集成有能够对推力矢量的零点进行校准的位置校准程序。

本发明还提供了一种临近空间飞艇，所述临近空间飞艇至少包括前面描述的用于临近空间飞艇的矢量推进装置。

与先前技术相比，本发明提供的用于临近空间飞艇的矢量推进装置的优点在于：

本发明的矢量推进装置实现了临近空间飞艇推力方向和大小的调节，并保证了在轻质高强的结构基础上能产生较大推力；

本发明的矢量推进装置具有对矢量推力角度和大小的实时操纵性能，以根据控制要求实时来控制推力矢量的角度和推力大小，整套装置具有响应快、可较大提高临近空间飞艇飞行时的飞行品质和操纵性能的作用；

此外，本发明的矢量推进装置具有校准、限位保护和定方向推力自锁功能，提高了系统工作时的稳定性和安全性；