[發(fā)明專利]一種平流層飛艇壓力調控方法及其調控系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2016-11-22
• 公開（公告）號: CN106628101A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設計）人: 侯中喜;鄧小龍;楊希祥;麻震宇;朱炳杰
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: B64B1/62
• 分類號: B64B1/62
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司11429
• 代理人: 陳立新

技術領域

本發(fā)明主要涉及到飛行器技術領域，特指一種平流層飛艇長時間工作的壓力調控方法及其調控系統(tǒng)。

背景技術

平流層飛艇是一種輕于空氣的可控飛行器，主要依靠囊體結構內輕于空氣的浮升氣體產生浮力實現(xiàn)升重平衡，主要依靠太陽電池與儲能電池構成閉環(huán)能源系統(tǒng)實現(xiàn)長時穩(wěn)定飛行，該類飛行器工作在距地面20千米附近的平流層高度區(qū)域，利用這個區(qū)域穩(wěn)定的大氣環(huán)境，利用這個區(qū)域存在較低速度風場的特征，通過較少推進能源抗風，結合閉環(huán)能源系統(tǒng)，可實現(xiàn)年量級的一個地區(qū)上空的駐空飛行能力。

平流層飛艇具有駐空時間長、可在一定范圍機動、不受復雜氣象環(huán)境影響、效費比高等優(yōu)勢，可能攜帶多種不同任務載荷，完成對大范圍、長時間對地觀測、通信、導航等應用任務。與傳統(tǒng)飛機和衛(wèi)星相比，平流層飛艇在“空域”和“時域”上具有無可替代的優(yōu)勢，在軍民領域有廣泛的應用前景。

一般平流層飛艇由于體積巨大，從結構重量和安全性等方面綜合考慮常采用軟式充氣結構，通過主囊體充填一定浮升氣體，在獲得足夠浮力的同時，靠內外壓差來保持低阻的氣動和可操縱的設計外形。由于平流層飛艇的長期駐空能力是其區(qū)別與其他飛行器的核心特征，也被稱為平流層衛(wèi)星。

但在平流層飛艇長期駐空期間，白天太陽輻照導致囊體和內部浮升氣體溫度不斷上升，會致使平流層飛艇囊體內氣壓較大幅度增加，由于飛艇充氣結構尺寸巨大，蒙皮材料抗壓能力一定條件下，超大尺寸會帶來主囊體抗壓能力降低，這給蒙皮材料提出了非常苛刻的要求；夜晚囊體表面溫度降低，會導致平流層飛艇囊體內壓力較大幅度降低，不但飛艇外形難以保證，而且會造成浮力損失，引起飛艇下降；若按照夜晚設置超壓保形狀態(tài)，白天溫度高時壓力會有大幅增加，高承壓狀態(tài)下充氣結構安全性問題突出；另外一方面在大壓差條件下，浮升氣體滲漏損失較大，浮力經過晝夜循環(huán)損失大，無法長期運行。

現(xiàn)在晝夜溫度差異造成的主囊體壓力波動，仍是平流層飛艇實用化的絆腳石，目前壓力調控方法多采用在壓力高時釋放浮升氣體，夜晚拋沙減小系統(tǒng)重量的方法條件，這會造成系統(tǒng)運行狀態(tài)的不可逆，平流層飛艇無法實現(xiàn)其長期運行。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種可長期重復使用、功耗較小、環(huán)境適應性好的平流層飛艇壓力調控方法及其調控系統(tǒng)。其可以解決當前平流層飛艇長期運行過程中晝夜狀態(tài)變化導致的不可逆的壓力調控方式，促進平流層飛艇盡快進入實用化。

本發(fā)明采用的技術方案是：

一種平流層飛艇壓力調控方法，在平流層飛艇的主囊體內部設置有壓力調控囊體，主囊體內因晝夜運行過程中溫度變化而導致主囊體內浮升氣體壓力升高或降低，通過將主囊體內的部分浮升氣體壓入或放出壓力調控囊體實現(xiàn)壓力調節(jié)，使主囊體壓力保持穩(wěn)定。

進一步地，通過在主囊體上設置壓力傳感器實時檢測主囊體內部或其內外壓力變化。

進一步地，當主囊體壓力升高時，將主囊體中部分浮升氣體壓入壓力調控囊體；當主囊體壓力降低時，將壓力調控囊體中的部分高壓浮升氣體放出到主氣囊，提升主氣囊壓力，使主囊體壓力保持穩(wěn)定，從而實現(xiàn)平流層飛艇長時間工作過程中主囊體壓力波動小。由于主囊體內/外壓較小且穩(wěn)定，柔性蒙皮構成的主囊體結構可以優(yōu)化設計，且對制作主囊體的蒙皮材料的強度要求降低，這樣不但可使平流層飛艇性能大幅提升，同時可以解決常規(guī)飛艇方案晝夜壓差波動導致的結構安全難題。另外，由于主囊體內外壓差較小，浮升氣體在較小壓差下通過蒙皮滲漏損失較小，降低了長時間持久運行補充的難度，可解決平流層飛艇長期運行中浮力損失導致的高度保持難題。