[发明专利]一种用于浮空岛的升力平衡控制单元

说明书

技术领域

本发明属于浮空技术领域，具体涉及一种用于浮空岛的升力平衡控制单元。

背景技术

飞艇等浮空器能替代无人机和卫星进行长期定点的驻空作业，在森林巡护，应急通信基站，天气监测等诸多领域具有广泛应用前景，具有高空停留时间长、覆盖范围大、任务成本低、工作寿命长、信息获取与传输能力强等优势；然而现有浮空器采用大容积浮升气体充压维型技术途径，整体为大尺度柔性囊体结构，产品质量控制难度极大，无法工业化、标准化、规模化生产；囊体依靠压力控型，大型囊体压力调节难度大，受环境温度变化影响大，囊体安全性难以保障；并且随着应用要求的提高，具备持久驻空能力和高效率布署的浮空岛成为目前发展需求，现有的浮空器在驻空稳定性及工业化生产方面受到限制，其成本和安全性无法有效控制，为了实现持久稳定驻空和快速的大规模装备更需要进行新产品的研发。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有浮空器存在的上述问题，提供了一种用于浮空岛的升力平衡控制单元，其技术方案如下：

一种用于浮空岛的升力平衡控制单元，它包含轻质刚性立方体密封外壳，在轻质刚性立方体密封外壳内设置有波纹式伸缩控制气囊，波纹式伸缩控制气囊包含弹性波纹管和直径限制环，弹性波纹管的一端与轻质刚性立方体密封外壳的一侧内壁密封粘接，弹性波纹管的另一端以刚性控压板密封，在轻质刚性立方体密封外壳上对应弹性波纹管内部的位置设置有气阀一，用来与气泵连接控制弹性波纹管伸缩，围绕弹性波纹管的每个波峰均设置有直径限制环，限制弹性波纹管充气伸缩时直径不变，直径限制环与弹性波纹管粘接，为防止直径限制环变形，围绕波纹式伸缩控制气囊设置有筒状导轨；波纹式伸缩控制气囊的最大容积大于轻质刚性立方体密封外壳容积的百分之三十；在轻质刚性立方体密封外壳上对应弹性波纹管外部的位置设置有气阀二，在轻质刚性立方体密封外壳内仅充入氦气，即抽真空再充入氦气，氦气的充入体积为标准大气压下占轻质刚性立方体密封外壳内部最大净容积的百分之六十至七十，最大容积即波纹式伸缩控制气囊完全真空收缩状态的容积，通过对波纹式伸缩控制气囊内充排气控制升力平衡。

本发明的有益效果为：模块化单元作为浮空岛的实现方法可以实现工业化、标准化、规模化生产，在产品的质量控制和成本控制上具有较大优势；升力平衡可通过不同工况的需求计算需求的单元数量，从而对该单元进行定制化组装，可快速布署在不同浮空岛上，提高浮空岛在升降控制上的灵敏度及便捷性；刚性外壳结构稳定性优于传统浮空器，受环境温度、气压等环境条件变化敏感性很小，大大地提高了浮空岛服役时间和服役可靠性；整体成形的浮空岛遭遇蒙皮漏气、承力结构损伤等质量问题时需整体检修更换，而模块化的浮空岛在存在损伤时只需要替换受损模块，其效率和安全得到保障；具备持久稳定的驻空能力，提高大规模构建形成的模化浮空岛的稳定性。

附图说明：

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的内部结构示意图；

图3是本发明中波纹式伸缩控制气囊的剖视示意图。

具体实施方式：

参照图1至图3，一种用于浮空岛的升力平衡控制单元，它包含轻质刚性立方体密封外壳1，在轻质刚性立方体密封外壳1内设置有波纹式伸缩控制气囊2，波纹式伸缩控制气囊2包含弹性波纹管2-1和直径限制环2-2，弹性波纹管2-1的一端与轻质刚性立方体密封外壳1的一侧内壁密封粘接，弹性波纹管2-1的另一端以刚性控压板2-3密封，在轻质刚性立方体密封外壳1上对应弹性波纹管2-1内部的位置设置有气阀一1-1，用来与气泵连接控制弹性波纹管2-1伸缩，围绕弹性波纹管2-1的每个波峰均设置有直径限制环2-2，限制弹性波纹管2-1充气伸缩时直径不变，直径限制环2-2与弹性波纹管2-1粘接，为防止直径限制环2-2变形，围绕波纹式伸缩控制气囊2设置有筒状导轨3；波纹式伸缩控制气囊2的最大容积大于轻质刚性立方体密封外壳1容积的百分之三十；在轻质刚性立方体密封外壳1上对应弹性波纹管2-1外部的位置设置有气阀二1-2，在轻质刚性立方体密封外壳1内仅充入氦气，即抽真空再充入氦气，氦气的充入体积为标准大气压下占轻质刚性立方体密封外壳1内部最大净容积的百分之六十至七十，最大容积即波纹式伸缩控制气囊2完全真空收缩状态的容积，通过对波纹式伸缩控制气囊2内充排气控制升力平衡。

具体实施方式一，轻质刚性立方体密封外壳1、直径限制环2-2、刚性控压板2-3和筒状导轨3均采用采用碳纤维等轻质刚性材料；弹性波纹管2-1采用线性低密度聚乙烯等弹性高分子聚合物材料。

具体实施方式二，轻质刚性立方体密封外壳1的边长为二百二十厘米，波纹式伸缩控制气囊2的最大容积为轻质刚性立方体密封外壳1容积的百分之三十，其内部容积约为十立方米，充入七立方米氦气，氦气重约一公斤，各部件总重约八公斤，地面高度时，波纹式伸缩控制气囊2在真空状态，能提供约四公斤的升力，波纹式伸缩控制气囊2在充满状态，能提供不足一公斤的重力；三千米高度时，波纹式伸缩控制气囊2在真空状态，能提供不足一公斤的升力，波纹式伸缩控制气囊2在充满状态，能提供约二点五公斤的重力。