一种飞艇囊体及平流层飞艇

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一种飞艇囊体及平流层飞艇
申请号	CN202310629847.5	申请日	2023-05-31	公开(公告)号	CN116573135A	公开(公告)日	2023-08-11
申请人	北京空天高科技有限公司;			发明人	段洣毅; 江京; 付功义; 廉英; 陈超群;
摘要	本发明涉及飞艇结构技术领域，提供一种飞艇囊体及平流层飞艇，飞艇囊体包括：主气囊和副气囊；所述副气囊设置在主气囊内；主气囊内存储有空气，副气囊内存储有浮升气体；所述副气囊的容积之和大于主气囊的容积；在平流层工作高度所述副气囊装载的浮升气体体积之和等于或小于主气囊的容积。本方案能够防止浮升气体泄露，保证飞艇重心不失衡，控制艇内外气压差变化小。
权利要求	1.一种飞艇囊体，其特征在于，包括：主气囊和副气囊；所述副气囊设置在主气囊内；主气囊内存储有空气，副气囊内存储有浮升气体；所述副气囊的容积之和大于主气囊的容积。 2.根据权利要求1所述的飞艇囊体，其特征在于，所述副气囊为多个，多个副气囊沿着主气囊的轴线方向依次排列。 3.根据权利要求1所述的飞艇囊体，其特征在于，副气囊容积之和大于主气囊容积的百分之四到百分之十。 4.根据权利要求1所述的飞艇囊体，其特征在于，副气囊的外表面的顶部与主气囊的内表面的顶部固定连接，和/或副气囊的外表面的底部与主气囊的内表面的底部固定连接。 5.根据权利要求4所述的飞艇囊体，其特征在于，还包括浮升气体充放气系统，设置在主气囊和副气囊的连接处。 6.根据权利要求5所述的飞艇囊体，其特征在于，还包括空气充放气系统，设置在主气囊上，如果浮升体充放气系统设置在主气囊的上部，则空气充放气系统设置在主气囊的底部；如果浮升气体充放气系统设置在主气囊的下部，则空气充放气系统设置在主气囊的顶部。 7.根据权利要求1所述的飞艇囊体，其特征在于，所述副气囊的囊体由外到内依次包括：第三防臭氧层、第二纤维增强层、第二膜体材料层和防浮升气体泄露层。 8.根据权利要求1所述的飞艇囊体，其特征在于，所述主气囊的囊体由外到内依次包括：防辐射层、第一防臭氧层、第一纤维增强层、第一膜体材料层、阻气层、第二防臭氧层。 9.根据权利要求1所述的飞艇囊体，其特征在于，所述副气囊的囊体第二纤维增强层为网格纱布状。 10.一种平流层飞艇，其特征在于，包括权利要求1‑9中任一项所述的飞艇囊体。
说明书全文	一种飞艇囊体及平流层飞艇技术领域 [0001] 本发明涉及平流层飞艇结构领域，尤其涉及一种飞艇囊体及平流层飞艇。背景技术 [0002] 平流层飞艇具有非常广泛的军事及民用价值，例如在导弹防御、通信、遥感、空间观测和大气测量等方面都具有极大的应用价值。飞艇属于浮空器的一种，是利用轻于空气的气体来提供升力的航空器。飞艇获得的升力主要来自其内部充满的比空气轻的浮升气体，如氢气、氦气等。 [0003] 目前研究设计的常规飞艇都是采用由主气囊(外囊)为氦气囊，副气囊(内囊)为多个空气囊组成的囊体结构，例如中国专利申请CN114313206A。但这种方式在平流层飞艇上应用时其外囊体就必须拥有防止浮升气体泄漏功能层，而外囊体在白天日照辐射期间由于囊体内浮升气体受热膨胀后产生的张力会撑大外囊体薄膜从而使外囊体薄膜的阻浮升气体层受到破坏，产生微小缝隙进而增大浮升气体泄漏率。平流层飞艇浮升气体泄漏率过大就需要在平流层飞艇升空时多带浮升气体才能够满足长期滞空的需求。为了增加平流层飞艇的滞空时间就需要携带更多的浮升气体致使平流层飞艇在夜间的基础艇内外压差提高。在夜间的基础艇内外压差越高必然在白昼艇内浮升气体受热膨胀以后的艇内外压差越高，平流层飞艇囊体材料的强度要求就越高。其次，在平流层飞艇上升过程中由于大气层不同高度气压的变化飞艇必须向大气中排放空气，以调整艇内外气压差和飞艇内的空气量。常规飞艇由于具备多个空气副气囊在排出空气时存在各副气囊排空气量不等的情况，容易出现飞艇重心失衡造成平流层飞艇俯仰姿态不稳的现象。另外，常规飞艇的外气囊为氦气囊时太阳辐射热直接作用于外囊体上。外囊体受热以后直接影响飞艇内部氦气的温度变化，从而导致艇内外压差变化。 [0004] 因此，需要提供一种飞艇囊体及平流层飞艇，以防止浮升气体泄露，保证飞艇上升过程中重心不失衡，控制艇内外气压差变化小。 [0005] 在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本申请的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。发明内容 [0006] 本发明主要目的是克服浮升气体泄露、飞艇重心失衡、艇内外气压差变化大的问题，提供一种飞艇囊体及平流层飞艇，以防止浮升气体泄露，保证飞艇重心不失衡，控制艇内外气压差变化小的目的。 [0007] 为实现上述的目的，本发明第一方面提供了一种飞艇囊体，包括：主气囊和副气囊；所述副气囊设置在主气囊内；主气囊内存储有空气，副气囊内存储有浮升气体；所述副气囊的容积之和大于主气囊的容积。 [0008] 根据本发明一示例实施方式，所述副气囊为多个，多个副气囊沿着主气囊的轴线方向依次排列。 [0009] 根据本发明一示例实施方式，副气囊的容积之和大于主气囊容积的百分之四到百分之十。 [0010] 根据本发明一示例实施方式，副气囊的外表面的顶部与主气囊的内表面的顶部固定连接，和/或副气囊的外表面的底部与主气囊的内表面的底部固定连接。 [0011] 根据本发明一示例实施方式，所述飞艇囊体还包括浮升气体充放气系统，设置在主气囊和副气囊的连接处。 [0012] 根据本发明一示例实施方式，所述飞艇囊体还包括空气充放气系统，设置在主气囊上，如果浮升体充放气系统设置在主气囊的上部，则空气充放气系统设置在主气囊的底部；如果浮升气体充放气系统设置在主气囊的下部，则空气充放气系统设置在主气囊的顶部。 [0013] 根据本发明一示例实施方式，所述副气囊的囊体由外到内依次包括：第三防臭氧层、第二纤维增强层、第二膜体材料层和防浮升气体泄露层。 [0014] 根据本发明一示例实施方式，所述第二纤维增强层为纤维编织而成的经纬向正交织布形状。 [0015] 优选地，所述第二纤维增强层为网格纱布状。 [0016] 根据本发明一示例实施方式，所述主气囊的囊体由外到内依次包括：防辐射层、第一防臭氧层、第一纤维增强层、第一膜体材料层、阻气层和第二防臭氧层。 [0017] 根据本发明一示例实施方式，所述第一纤维增强层为纤维编织而成的经纬向正交织布形状。 [0018] 根据本发明一示例实施方式，所述浮升气体包括氢气、氦气。 [0019] 优选地，所述浮升气体为氦气。 [0020] 作为本发明的另一个方面，提供一种平流层飞艇，包括所述飞艇囊体。 [0021] 本发明的优势效果是，本方案使用主气囊装载空气、副气囊装载浮升气体，副气囊的容积之和大于主气囊的容积。可以在各副气囊内预装定量的浮升气体，防止主气囊受膨胀力后阻浮升气体层受到张力作用引起的微细缝隙导致浮升气体泄露。浮升气体装载在副气囊内，在白昼太阳辐射热直接作用于主气囊体上。主气囊体受热以后还需要通过副气囊传导才能够影响到飞艇内部浮升气体的温度变化。因此，这种结构可以减缓白昼平流层飞艇内的浮升气体温升。由于主气囊内空气是全艇贯通，在平流层飞艇升空释放主囊体内的空气时平流层飞艇的重心变化在可控范围内。附图说明 [0022] 通过参照附图详细描述其示例实施例，本申请的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0023] 图1示意性示出了飞艇囊体的结构图。 [0024] 图2示意性示出了副气囊的结构图。 [0025] 图3示意性示出了主气囊的结构图。 [0026] 图4示意性示出了纤维增强层的结构图。 [0027] 其中，1—浮升气体充放气系统，2—副气囊，21—第三防臭氧层，22—第二纤维增强层，23—第二膜体材料层，24—阻浮升气体层，3—主气囊，31—防辐射层，32—第一防臭氧层，33—第一纤维增强层，34—第一膜体材料层，35—阻气层，36—第二防臭氧层，4—空气充放气系统。具体实施方式 [0028] 现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本申请将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。 [0029] 此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本申请的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本申请的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本申请的各方面。 [0030] 附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。 [0031] 附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。 [0032] 应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种组件，但这些组件不应受这些术语限制。这些术语乃用以区分一组件与另一组件。因此，下文论述的第一组件可称为第二组件而不偏离本申请概念的教示。如本文中所使用，术语“及/或”包括相关联的列出项目中的任一个及一或多者的所有组合。 [0033] 本领域技术人员可以理解，附图只是示例实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本申请所必须的，因此不能用于限制本申请的保护范围。 [0034] 根据本发明的第一个具体实施方式，本发明提供一种飞艇囊体，如图1所示，包括主气囊3、副气囊2、浮升气体充放气系统1和空气充放气系统4。图1的虚线表示飞艇囊体和主气囊3的轴线。 [0035] 如图1所示，副气囊2设置在主气囊3内。副气囊2的外表面的顶部与主气囊3的内表面的顶部固定连接，和/或副气囊2的外表面的底部与主气囊3的内表面的底部固定连接。如果副气囊2的外表面的顶部与主气囊3的内表面的顶部固定连接，优选地采用悬挂方式进行连接副气囊2为多个，多个副气囊2沿着主气囊3的轴线方向依次排列。优选地，副气囊2的数量为6个。 [0036] 主气囊3内存储有空气，副气囊2内存储有浮升气体。浮升气体包括氢气、氦气，优选氦气。副气囊2的容积之和大于主气囊3的容积，在平流层副气囊2内浮升气体的体积之和等于或小于主气囊3的容积(空气的体积)。从材料力学分析角度来说副气囊容积之和大于主气囊容积的设计目的在于将艇内浮升气体受热膨胀后产生的膨胀张力由副气囊2转到主气囊3，由主气囊3承受张力。因为副气囊2容积之和大于主气囊3容积，副气囊2的囊体材料理论上不承受张力作用而避免阻浮升气体层出现极微小气隙。从而在平流层飞艇的囊体材料结构机理上减少浮升气体泄漏率。副气囊的容积之和大于主气囊容积的百分之四到百分之十，优选地，副气囊的容积之和大于主气囊容积的百分之五。 [0037] 如图2所示，副气囊2的囊体由外到内依次包括：第三防臭氧层21、第二纤维增强层22、第二膜体材料层23和防浮升气体泄露层24。如图4所示，第二纤维增强层22为纤维编织而成的经纬向正交织布形状，优选地，第二纤维增强层22为纤维编织而成的经纬向正交稀疏网格纱布形状。第二纤维增强层22采用高强度纤维进行增强。所述高强度纤维包括vectran、PBO。Vectran纤维的强度是同等重量钢丝的5～6倍。一根直径1毫米的PBO细丝可吊起450kg的重量。其强度比Vectran纤维的强度还要高，但其耐受臭氧和紫外线的能力比Vectran纤维还要低。本方案为了增强副气囊的阻浮升气体率、囊体材料强度以及抗臭氧能力，在囊体薄膜材料上增加了阻浮升气体层、高强度纤维增强层、抗臭氧层。每两层结构之间用高强度胶水连接。 [0038] 如图3所示，主气囊3的囊体由外到内依次包括：防辐射层31、第一防臭氧层32、第一纤维增强层33、第一膜体材料层34、阻气层35和第二防臭氧层36。如图4所示，第一纤维增强层33为网格状，优选地，第一纤维增强层33为纤维编织而成的经纬向正交纱线密集织布形状，第一纤维增强层33采用高强度纤维进行增强。每两层结构之间用高强度胶水连接。 [0039] 如图1所示，浮升气体充放气系统1设置在主气囊3和副气囊2的连接处。浮升气体充放气系统1包括充浮升气体气阀和放浮升气体气阀。空气充放气系统4设置在主气囊3上。如果浮升气体充放气系统1设置在主气囊3的上部，则空气充放气系统4设置在主气囊3的底部，如图1所示。图1中空气充放气系统4设置在主气囊3的底部。空气充放气系统4为多个，在外囊体的底部沿飞艇轴线方向依次排列。空气充放气系统4包括充空气气阀和放空气气阀。如果浮升气体充放气系统1设置在主气囊3的下部，则空气充放气系统4设置在主气囊3的顶部，空气充放气系统4在外囊体3的顶部沿飞艇轴线方向依次排列。这样的放置方法即空气充放气系统4与浮升气体充放气系统1倒置。在放气的时候，飞艇上下部都产生相同的力矩，防止飞艇飞行不平衡。 [0040] 本方案使用主气囊3装载空气、副气囊2装载浮升气体，可以在各副气囊2内预装定量的浮升气体，防止主气囊3受膨胀力后阻浮升气体层受到张力作用引起的微细缝隙产生浮升气体泄露。浮升气体装载在副气囊2内，在白昼太阳辐射直接作用于主气囊3上。主气囊3受热以后还需要通过副气囊2传导才能够影响到飞艇内部浮升气体的温度变化。因此，这种结构可以减缓白昼平流层飞艇内的浮升气体尤其是氦气温升。由于主气囊3内空气是全艇贯通，在平流层飞艇升空释放主气囊3内的空气时平流层飞艇的重心变化在可控范围内。 [0041] 根据本发明的第二个具体实施方式，本发明提供一种平流层飞艇，包括第一个具体实施方式的飞艇囊体。 [0042] 以上具体地示出和描述了本发明的示例性实施例。应可理解的是，本发明不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本发明意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。