浮空器

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浮空器
申请号	CN201611192586.1	申请日	2016-12-21	公开(公告)号	CN108216554A	公开(公告)日	2018-06-29
申请人	东莞前沿技术研究院;			发明人	不公告发明人;
摘要	本发明提供了一种浮空器。浮空器包括：第一气囊；第二气囊，设置在第一气囊内；过渡部，设置在第一气囊与第二气囊之间并分别与第一气囊和第二气囊连接，过渡部与第一气囊连接处的交线封闭并围成共用区域；第二气囊、过渡部与第一气囊之间形成第一充气腔，第一充气腔内用于填充密度小于空气的气体；第二气囊、过渡部和共用区域围成第二充气腔，第二充气腔内用于填充空气。本发明的技术方案可以解决现有技术中交线上的任意点处，第二气囊在该点上的切线与第一气囊在该点上的切线之间的夹角较大，导致第一气囊与第二气囊交线上的最大应力和变形均较大的问题。
权利要求	1.一种浮空器，其特征在于，包括：第一气囊(10)；第二气囊(20)，设置在所述第一气囊(10)内；过渡部(30)，设置在所述第一气囊(10)与所述第二气囊(20)之间并分别与所述第一气囊(10)和所述第二气囊(20)连接，所述过渡部(30)与所述第一气囊(10)连接处的交线封闭并围成共用区域；所述第二气囊(20)、所述过渡部(30)与所述第一气囊(10)之间形成第一充气腔，所述第一充气腔内用于填充密度小于空气的气体；所述第二气囊(20)、所述过渡部(30)和所述共用区域围成第二充气腔，所述第二充气腔内用于填充空气。 2.根据权利要求1所述的浮空器，其特征在于，所述过渡部(30)为设置在所述第二气囊(20)的边沿处的裙边。 3.根据权利要求1所述的浮空器，其特征在于，所述过渡部(30)在所述交线的任意点处的第一切线与所述第一气囊(10)在所述任意点处的第二切线之间具有夹角β，所述夹角β为朝向所述第二充气腔的夹角，所述夹角β大于等于90°且小于等于150°。 4.根据权利要求1所述的浮空器，其特征在于，所述第二气囊(20)由第一母线绕第一轴线旋转第一角度形成，所述第一角度大于等于90°且小于等于130°。 5.根据权利要求4所述的浮空器，其特征在于，所述第一母线包括至少一段曲线段和/或至少一段直线段。 6.根据权利要求5所述的浮空器，其特征在于，所述第一母线包括至少一段曲线段，所述曲线段为圆弧曲线或椭圆曲线或抛物曲线。 7.根据权利要求1所述的浮空器，其特征在于，所述第一气囊(10)由第二母线绕第二轴线旋转形成。 8.根据权利要求7所述的浮空器，其特征在于，所述第二气囊(20)由第一母线绕第一轴线旋转第一角度形成，在垂直于所述第一轴线的任意一个截面上，所述第二母线与所述第二轴线之间的距离均大于所述第一母线与所述第一轴线之间的距离。 9.根据权利要求8所述的浮空器，其特征在于，所述第一轴线与所述第二轴线平行。 10.根据权利要求8所述的浮空器，其特征在于，所述第一母线的长度大于所述共用区域上沿所述第一轴线方向的任意一条线段的长度。 11.根据权利要求1至10中任一项所述的浮空器，其特征在于，所述过渡部(30)通过粘接或焊接方式与所述第一气囊(10)的内表面和所述第二气囊(20)连接。 12.根据权利要求11所述的浮空器，其特征在于，所述浮空器还包括设置在所述过渡部(30)与所述第一气囊(10)之间的第一连接部(40)，所述第一连接部(40)的朝向所述过渡部(30)的表面与所述过渡部(30)连接，所述第一连接部(40)的远离所述过渡部(30)的表面与所述第一气囊(10)的内表面连接。 13.根据权利要求12所述的浮空器，其特征在于，所述浮空器还包括设置在所述过渡部(30)和所述第一连接部(40)之间的第二连接部(50)。 14.根据权利要求13所述的浮空器，其特征在于，所述第二连接部(50)包括第一子连接部(51)，所述第一子连接部(51)包括第一弯折边(511)和与所述第一弯折边(511)连接的第二弯折边(512)，所述第一弯折边(511)与所述第二弯折边(512)之间具有夹角，所述第一弯折边(511)与所述过渡部(30)连接，所述第二弯折边(512)与所述第一连接部(40)连接。 15.根据权利要求14所述的浮空器，其特征在于，所述第二连接部(50)还包括第二子连接部(52)，所述第二子连接部(52)包括第三弯折边(521)和与所述第三弯折边(521)连接的第四弯折边(522)，所述第三弯折边(521)与所述第四弯折边(522)之间具有夹角，所述第三弯折边(521)与所述过渡部(30)和/或所述第一弯折边(511)连接，所述第四弯折边(522)与所述第一连接部(40)连接。 16.根据权利要求1至10中任一项所述的浮空器，其特征在于，所述浮空器还包括与所述第二充气腔连通的排气阀门和充气装置，以调节所述第二充气腔内的空气量。 17.根据权利要求1至10中任一项所述的浮空器，其特征在于，所述浮空器还包括与所述第一气囊(10)连接的两个尾翼(60)，所述第一气囊(10)由第二母线绕第二轴线旋转360°形成，所述两个尾翼(60)沿所述第二轴线对称设置。
说明书全文	浮空器技术领域 [0001] 本发明涉及飞行器技术领域，具体而言，涉及一种浮空器。背景技术 [0002] 浮空器是一种比重轻于空气、依靠大气浮力升空的飞行器。按照是否具有动力系统可以分为系留气球和飞艇两种类型。其中，系留气球是一种自身不带动力，利用系留缆绳以及自身的净浮力升空的浮空器，具有连续滞空时间长、生存能力强、研制与使用成本低、维护方便、适于搭载各种载荷系统等特点，在通讯、遥测、情报、侦察、监视和预警等领域均有着广泛的应用前景。 [0003] 浮空器包括第一气囊10’和设置在第一气囊10’内的第二气囊20’，第二气囊20’的作用是调节第一气囊10’内部的压力和外形。利用第一气囊10’、第二气囊20’与外界气体的压力差产生的预应力维持浮空器的流线型外形，达到控制浮空器姿态的目的。现有技术中，第二气囊20’直接与第一气囊10’连接，在第一气囊10’的底部形成一个共用区域，共用区域的边缘为第二气囊20’与第一气囊10’的封闭交线。 [0004] 上述设置存在以下缺陷： [0005] 在交线上的任意点处，第二气囊20’在该点上的切线与第一气囊10’在该点上的切线之间的夹角α较大，导致第一气囊10’与第二气囊20’交线上的最大应力和变形均较大，从而影响浮空器的外形，甚至造成浮空器的损坏，给浮空器带来安全隐患。发明内容 [0006] 本发明的主要目的在于提供一种浮空器，以解决现有技术中交线上的任意点处，第二气囊在该点上的切线与第一气囊在该点上的切线之间的夹角较大，导致第一气囊与第二气囊交线上的最大应力和变形均较大的问题。 [0007] 为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种浮空器，包括：第一气囊；第二气囊，设置在第一气囊内；过渡部，设置在第一气囊与第二气囊之间并分别与第一气囊和第二气囊连接，过渡部与第一气囊连接处的交线封闭并围成共用区域；第二气囊、过渡部与第一气囊之间形成第一充气腔，第一充气腔内用于填充密度小于空气的气体；第二气囊、过渡部和共用区域围成第二充气腔，第二充气腔内用于填充空气。 [0008] 进一步地，过渡部为设置在第二气囊的边沿处的裙边。 [0009] 进一步地，过渡部在交线的任意点处的第一切线与第一气囊在任意点处的第二切线之间具有夹角β，夹角β为朝向第二充气腔的夹角，夹角β大于等于90°且小于等于150°。 [0010] 进一步地，第二气囊由第一母线绕第一轴线旋转第一角度形成，第一角度大于等于90°且小于等于130°。 [0011] 进一步地，第一母线包括至少一段曲线段和/或至少一段直线段。 [0012] 进一步地，第一母线包括至少一段曲线段，曲线段为圆弧曲线或椭圆曲线或抛物曲线。 [0013] 进一步地，第一气囊由第二母线绕第二轴线旋转形成。 [0014] 进一步地，第二气囊由第一母线绕第一轴线旋转第一角度形成，在垂直于第一轴线的任意一个截面上，第二母线与第二轴线之间的距离均大于第一母线与第一轴线之间的距离。 [0015] 进一步地，第一轴线与第二轴线平行。 [0016] 进一步地，第一母线的长度大于共用区域上沿第一轴线方向的任意一条线段的长度。 [0017] 进一步地，过渡部通过粘接或焊接方式与第一气囊的内表面和第二气囊连接。 [0018] 进一步地，浮空器还包括设置在过渡部与第一气囊之间的第一连接部，第一连接部的朝向过渡部的表面与过渡部连接，第一连接部的远离过渡部的表面与第一气囊的内表面连接。 [0019] 进一步地，浮空器还包括设置在过渡部和第一连接部之间的第二连接部。 [0020] 进一步地，第二连接部包括第一子连接部，第一子连接部包括第一弯折边和与第一弯折边连接的第二弯折边，第一弯折边与第二弯折边之间具有夹角，第一弯折边与过渡部连接，第二弯折边与第一连接部连接。 [0021] 进一步地，第二连接部还包括第二子连接部，第二子连接部包括第三弯折边和与第三弯折边连接的第四弯折边，第三弯折边与第四弯折边之间具有夹角，第三弯折边与过渡部和/或第一弯折边连接，第四弯折边与第一连接部连接。 [0022] 进一步地，浮空器还包括与第二充气腔连通的排气阀门和充气装置，以调节第二充气腔内的空气量。 [0023] 进一步地，浮空器还包括与第一气囊连接的两个尾翼，第一气囊由第二母线绕第二轴线旋转360°形成，两个尾翼沿第二轴线对称设置。 [0024] 应用本发明的技术方案，通过在第二气囊与第一气囊之间设置过渡部，可以利用过渡部调整第二气囊与第一气囊之间的连接角度，使得过渡部与第一气囊的交线上的任意点处，过渡部在该点上的切线与第一气囊在该点上的切线之间的夹角β减小，从而降低了交线上的最大应力和变形，提高了浮空器的结构强度，降低了浮空器的变形程度，进而提高了浮空器的稳定性和安全性。附图说明 [0025] 构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中： [0026] 图1示出了现有技术中的浮空器的结构示意图； [0027] 图2示出了根据本发明的浮空器的实施例的结构示意图；以及 [0028] 图3示出了图2的浮空器的过渡部与第一气囊连接的结构示意图。 [0029] 其中，上述附图包括以下附图标记： [0030] 10、第一气囊；20、第二气囊；30、过渡部；40、第一连接部；50、第二连接部；51、第一子连接部；52、第二子连接部；511、第一弯折边；512、第二弯折边；521、第三弯折边；522、第四弯折边；60、尾翼。具体实施方式 [0031] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。 [0032] 本发明提供了一种浮空器。在本发明及本发明的实施例中，浮空器为一种系留气球。 [0033] 为了解决现有技术中交线上的任意点处，第二气囊在该点上的切线与第一气囊在该点上的切线之间的夹角较大，导致第一气囊与第二气囊交线上的最大应力和变形均较大的问题，对浮空器进行了改进，下面进行具体说明： [0034] 如图2所示，本发明及本发明的实施例中，浮空器包括第一气囊10、第二气囊20和过渡部30。第二气囊20设置在第一气囊10内。过渡部30设置在第一气囊10与第二气囊20之间并分别与第一气囊10和第二气囊20连接，过渡部30与第一气囊10连接处的交线封闭并围成共用区域。第二气囊20、过渡部30与第一气囊10之间形成第一充气腔，第一充气腔内用于填充密度小于空气的气体。第二气囊20、过渡部30和共用区域围成第二充气腔，第二充气腔内用于填充空气。 [0035] 过渡部30在交线的任意点处的第一切线与第一气囊10在该任意点处的第二切线之间具有夹角β，夹角β为朝向第二充气腔的夹角。 [0036] 在第二气囊20与第一气囊10之间设置过渡部30，可以利用过渡部30调整第二气囊20与第一气囊10之间的连接角度，使得过渡部30与第一气囊10的交线上的任意点处，过渡部30在该点上的第一切线与第一气囊10在该点上的第二切线之间的夹角β减小，从而降低了交线上的最大应力和变形。这样，与现有技术中的浮空器相比，在相同的气体压力作用下，本发明的浮空器的交线处的应力和变形程度较小，即提高了浮空器抵抗变形的能力，从而提高了浮空器的结构强度，进而提高了浮空器的稳定性和安全性。 [0037] 具体地，如图2所示，第二气囊20设置在第一气囊10的底部，过渡部30的上端与第二气囊20的边沿连接，过渡部30的下端与第一气囊10的内表面连接。 [0038] 优选地，如图2所示，本发明及本发明的实施例中，过渡部30为设置在第二气囊20的边沿处的裙边。 [0039] 也就是说，过渡部30为围绕第二气囊20的边沿一周且与第二气囊20连接的裙边。在第二气囊20与第一气囊10之间增加裙边，可以调整交线两侧表面之间的夹角，从而优化第二气囊20与第一气囊10的连接结构，提高浮空器的结构强度。 [0040] 第二气囊20充气后的基本外形为球形，在充气的过程中，与第二气囊20连接的裙边会随第二气囊20的形状逐渐变化，这样，充气完成后，第二气囊20、过渡部30和共用区域可以围成基本形状为球形的第二充气腔。 [0041] 优选地，本发明及本发明的实施例中，为了便于过渡部30的设置，过渡部30从第二气囊20的边沿竖直向下延伸至与第一气囊10相交。这样，在第一充气腔与第二充气腔内的压力相同时，过渡部30被任意竖直平面所截的线条为直线。本实施例中第二气囊20的中心轴沿水平方向设置。 [0042] 可选地，过渡部30也可以从第二气囊20的边沿沿与竖直方向呈一定夹角的方式朝向第二充气腔的外侧延伸至与第一气囊10相交。 [0043] 如图2所示，本发明及本发明的实施例中，夹角β大于等于90°且小于等于150°。 [0044] 夹角β在上述范围内可以使浮空器在交线附近的变形较小，从而使浮空器具有较好的结构强度和良好的使用性能。 [0045] 具体地，交线上的不同点处的夹角β具有不同的数值。夹角β在图2示出的交线的左、右两个端点处最小，在两个端点之间夹角β逐渐变化。 [0046] 本发明及本发明的实施例中，第二气囊20由第一母线绕第一轴线旋转第一角度形成，第一角度大于等于90°且小于等于130°。 [0047] 将第二气囊20设置为旋转体的一部分有利于使第二充气腔满足浮空器的设计要求，而且便于制造第二气囊20。 [0048] 具体地，第二气囊20由多层复合的纤维增强材料制成，纤维增强材料的原料幅面大小是有限的。由于第二气囊20为旋转体的一部分，因此可以将第二气囊20拆分成多个形状相同的裁片，多个裁片绕第一轴线顺次连接形成第二气囊20。这样，可以降低对原料幅面大小的要求，而且可以实现裁片的批量生产。 [0049] 本发明及本发明的实施例中，第一母线包括至少一段曲线段。 [0050] 可选地，第一母线仅由曲线段组成时，由第一母线绕第一轴线旋转得到的第二气囊20符合浮空器对第二气囊20的形状要求，有利于满足第二气囊20在体积、重心、高度、排空气体等方面的设计要求。 [0051] 当然，第一母线还可以包括至少一段直线段，或包括至少一段曲线段和至少一段直线段。 [0052] 具体地，如图2所示，本发明及本发明的实施例中，曲线段为椭圆曲线。 [0053] 采用椭圆曲线组成第一母线有利于避免第二气囊20上出现应力集中，使气体压力均匀分布。 [0054] 当然，在附图未示出的替代实施方式中，第一母线也可以为圆弧曲线或抛物曲线。 [0055] 优选地，如图2所示，组成第一母线的相邻两个曲线段的连接处曲率连续，即两个曲线段在两个曲线段的连接点处的切线重合，这样可以避免连接点处出现应力集中。 [0056] 本发明及本发明的实施例中，第一气囊10由第二母线绕第二轴线旋转形成。 [0057] 通过上述设置，便于制造第一气囊10，且浮空器能够形成流线型的外形。 [0058] 具体地，本发明及本发明的实施例中，第一气囊10由第二母线绕第二轴线旋转360°形成。 [0059] 如图2所示，本发明及本发明的实施例中，第二气囊20由第一母线绕第一轴线旋转第一角度形成，在垂直于第一轴线的任意一个截面上，第二母线与第二轴线之间的距离均大于第一母线与第一轴线之间的距离。 [0060] 通过上述设置，在垂直于第一轴线的任意一个截面上，第一气囊10的旋转体在该截面上的直径大于第二气囊20的旋转体在该截面上的直径，这样可以确保充气状态下第二气囊20不会与第一气囊10发生干涉。 [0061] 优选地，如图2所示，本发明及本发明的实施例中，第一轴线与第二轴线平行。 [0062] 将第一轴线与第二轴线平行设置，在第二气囊20填充不同体积的空气时，浮空器的重心都难以发生明显的变化，有利于维持浮空器机身的平衡和稳定。 [0063] 如图2所示，本发明及本发明的实施例中，第一母线的长度大于共用区域上沿第一轴线方向的任意一条线段的长度。 [0064] 通过上述设置，第二气囊20能够更好地贴合共用区域，从而能够完全排空第二充气腔内的气体，便于浮空器的收纳。 [0065] 具体地，第一母线的长度为组成第一母线的曲线段和/或直线段的长度之和。其中，曲线段的长度是指曲线段的弧长。 [0066] 本发明及本发明的实施例中，过渡部30通过粘接或焊接方式与第一气囊10的内表面和第二气囊20连接。 [0067] 上述连接方式可以保证连接强度，确保浮空器的可靠性。 [0068] 其中，粘接的方式可以是热熔粘接，使材料自身熔化并粘合到一起，确保连接强度。 [0069] 如图3所示，本发明及本发明的实施例中，浮空器还包括设置在过渡部30与第一气囊10之间的第一连接部40，第一连接部40的朝向过渡部30的表面与过渡部30连接，第一连接部40的远离过渡部30的表面与第一气囊10的内表面连接。 [0070] 由于第一气囊10为多层复合的纤维增强结构，在过渡部30与第一气囊10之间设置第一连接部40可以将过渡部30对第一气囊10的作用力分散到第一连接部40上，防止第一气囊10上出现应力集中而使复合层被揭开，导致第一气囊10的多层结构被破坏。 [0071] 如图3所示，本发明及本发明的实施例中，浮空器还包括设置在过渡部30和第一连接部40之间的第二连接部50。 [0072] 由于第二充气腔在保压及异常工作状态下，可能出现压力过高的情况，因此要求过渡部30与第一气囊10以及第二气囊20的连接处具有较高的强度。通过设置第二连接部50可以增大过渡部30与第一气囊10的连接面积，从而提高连接强度。 [0073] 具体地，如图3所示，本发明及本发明的实施例中，第二连接部50包括第一子连接部51，第一子连接部51包括第一弯折边511和与第一弯折边511连接的第二弯折边512，第一弯折边511与第二弯折边512之间具有夹角，第一弯折边511与过渡部30连接，第二弯折边512与第一连接部40连接。 [0074] 通过第一弯折边511与过渡部30连接，第二弯折边512与第一连接部40连接，可以增大连接结构与过渡部30和第一连接部40的连接面积，从而提高连接强度。 [0075] 优选地，如图3所示，第一弯折边511和第二弯折边512为一体结构。第一弯折边511与过渡部30的外表面连接，第一连接部40的朝向过渡部30的表面与第二弯折边512连接，这样可以便于第一子连接部51与过渡部30和第一连接部40的装配和粘接操作。 [0076] 如图3所示，本发明及本发明的实施例中，第二连接部50还包括第二子连接部52，第二子连接部52包括第三弯折边521和与第三弯折边521连接的第四弯折边522，第三弯折边521与第四弯折边522之间具有夹角，第三弯折边521与第一弯折边511连接，第四弯折边522与第一连接部40连接。 [0077] 通过第三弯折边521与第一弯折边511连接，第四弯折边522与第一连接部40连接，可以进一步增大连接面积，提高连接强度。 [0078] 优选地，如图3所示，第三弯折边521与第四弯折边522为一体结构。第一弯折边511的朝向第二充气腔的表面与第三弯折边521连接，第一连接部40的朝向过渡部30的表面与第四弯折边522连接。这样，第一子连接部51与第二子连接部52分别位于过渡部30的两侧，可以使过渡部30的受力平衡，提高连接的可靠性。 [0079] 在附图未示出的替代实施例中，也可以不设置第一子连接部51，使第三弯折边521与过渡部30连接；第二子连接部52也可以与过渡部30做成一体结构，即将过渡部30的朝向共用区域的边沿向第二充气腔内弯折，以形成第四弯折边522。 [0080] 本发明及本发明的实施例中，浮空器还包括与第二充气腔连通的排气阀门和充气装置，以调节第二充气腔内的空气量。 [0081] 通过上述设置，可以调节第二充气腔内的空气量，通过一定的控制律使第二气囊20内外的压差保持在一定范围内，维持第一气囊10的外形和刚度。 [0082] 具体地，本发明及本发明的实施例中，排气阀门为空气阀，充气装置为风机。 [0083] 如图2所示，本发明及本发明的实施例中，浮空器还包括与第一气囊10连接的两个尾翼60，两个尾翼60沿第二轴线对称设置。 [0084] 通过上述设置，尾翼60可以使浮空器保持良好的对风特性，有利于保持浮空器的平衡。 [0085] 本发明的浮空器的结构得到了优化，减小了交线上的应力和变形，能够满足浮空器对第二气囊20的设计要求。 [0086] 以在3000米以内使用的浮空器为例，本发明的浮空器的夹角β的最大值从现有技术中的180°降低至150°，从而使交线上的最大应力从现有技术中的47MPa降至30MPa；最大变形量从现有技术中的1100mm降至830mm；最大应力降低了36％以上，最大变形量降低了24％以上。 [0087] 另外，为了保证浮空器具有良好的性能，第二气囊20需要满足以下要求：第二气囊20的体积不少于预设值；2、第二气囊20的重心靠近浮空器的整体重心；3、第二充气腔能够排空内部空气；4、第二气囊20的高度不能过高。 [0088] 本发明的浮空器的第二充气腔的容积不少于第一气囊10的容积的35％，可以有效调整浮空器的外形和刚性；第二气囊20的重心与浮空器的整体重心位于相同的轴向位置上，有利于保持浮空器的平衡；第二充气腔内的气体可以完全排空，第二气囊20的最高点到第一气囊10的第二轴线的距离为2m。本发明的浮空器完全满足上述要求，因此具有良好的性能。 [0089] 从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：在第二气囊与第一气囊之间设置裙边，可以利用裙边调整第二气囊与第一气囊之间的连接角度，使得裙边与第一气囊的交线上的任意点处，裙边在该点上的第一切线与第一气囊在该点上的第二切线之间的夹角β减小，从而降低了交线上的最大应力和变形。这样，在相同的气体压力作用下，与现有技术中的浮空器相比，本发明的浮空器的交线上的应力和变形程度较小，即提高了浮空器抵抗变形的能力，从而提高了浮空器的结构强度，进而提高了浮空器的稳定性和安全性。 [0090] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。