[發明專利]臨近空間飛艇及其表面流場控制方法

在審

• 申請號: 201810196463.8
• 申請日: 2018-03-09
• 公開（公告）號: CN108528674A
• 公開（公告）日: 2018-09-14
• 發明（設計）人: 陳聲麒;周萌;謝奎;楊華中;李翔;李小建
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第三十八研究所
• 主分類號: B64B1/62
• 分類號: B64B1/62;H02J7/35
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩;余罡

本發明公開了一種臨近空間飛艇及其表面流場控制方法，該飛艇包括殼體和設置在殼體內的氣囊，設置在殼體內部的多個流動控制裝置，所述流動控制裝置包括氣道，以及分別設置在所述氣道兩個末端的吸氣口和出氣口，所述吸氣口與出氣口與所述殼體外部連通，在所述氣道的內部還設置有風機，用于從所述吸氣口吸入空氣，并通過出氣口排出。本發明的飛艇，利用流動控制技術，通過改變飛艇表面流場，改善飛艇整體氣動性能，減小飛艇抗風所需功率，從而可以大幅度的減小能源系統的重量，增加臨近空間飛艇的任務載荷。

技術領域

本發明涉及飛艇技術領域，尤其涉及一種臨近空間飛艇及其表面流場控制方法。

背景技術

臨近空間飛艇是浮空器的一種。在軍事、民用方面具有十分廣闊的應用前景：在軍事方面，臨近空間飛艇可以作為一種信息收集平臺，實現對地觀測；在民用方面，臨近空間飛艇可以作為運輸工具，運輸物資。正是由于臨近空間飛艇在軍事和民用方面的極其廣闊的應用前景和使用價值，得到了世界上許多研究者的極大關注，很快成為國際上新的研究熱點。對于臨近空間飛艇，其浮力產生的主要部分是一個大大的氣囊，中間充以比空氣密度小的浮升氣體(如氦氣、氫氣等)，可以依靠空氣的靜浮力升上空中。但是對于升力體飛行器，飛行器可以利用自身結構產生升力。

對于長期駐空臨近空間飛艇，目前國內外主要動力系統的形式為由太陽電池和高效可充放電式鋰電池組成的能源系統加螺旋槳電推進系統，例如美國飛艇HALE-D、Hisentinel80、洛克希德·馬丁公司計劃研制的“高空飛艇”、俄羅斯提出的Berkut高空飛艇、日本JAXA研究的平流層飛艇等均采用這種動力形式。螺旋槳電推進系統包括了電機系統與螺旋槳系統，推進系統產生飛艇前進所需動力同時，也給飛艇帶來了巨大的能源以及重量負擔。根據日本學者Kunihisa Eguchi于2000年發表的關于高空飛艇重量的總結報告，臨近空間飛艇重量主要由四部分組成：艇體結構、能源系統、控制系統以及任務載荷，其中，能源系統所占比例高達35％，控制系統所占比例約為10％，任務載荷所占比例僅為3％。而在所有消耗能源的系統中，推進系統是耗能最大的系統。由這份報告可以看出推進系統給臨近空間飛艇帶來的巨大的重量負擔。

主動流動控制的原理是在物體流場中直接施加適當的擾動模式并與流動的內在模式相耦合來實現對流動的控制。主動流動控制的優勢在于它能在需要的時間和部位出現，通過局部能量輸入，利用很小的代價獲得局部或全局的有效流動改變，進而使飛行器氣動性能顯著改善。主動流動控制對飛行性能的改善主要體現在對飛行器升力以及阻力的影響，采用主動流動控制，飛行器升力增加、阻力變小。若設計的優化度較高，甚至會出現負阻力現象，這對飛行器來說是非常有利的。但是目前世界范圍內將主動流動控制技術應用至高空飛艇領域，用于改善高空飛艇氣動性能的先例尚未出現。。

發明內容

基于上述問題，本發明提供一種臨近空間飛艇及其表面流場控制方法，利用流動控制技術，通過改變飛艇表面流場，改善飛艇整體氣動性能，減小飛艇抗風所需功率，從而可以大幅度的減小能源系統的重量，增加臨近空間飛艇的任務載荷。

為解決上述問題，本發明提供了一種臨近空間飛艇，包括殼體和設置在殼體內的氣囊，其特征在于，還包括：設置在殼體內部的多個流動控制裝置，所述流動控制裝置包括氣道，以及分別設置在所述氣道兩個末端的吸氣口和出氣口，所述吸氣口與出氣口與所述殼體外部連通，在所述氣道的內部還設置有風機，用于從所述吸氣口吸入空氣，并通過出氣口排出。

其中，所述流動控制裝置為7個。

其中，所述流動控制裝置設置在所述殼體的頂部，多個流動控制裝置平行設置。

其中，所述多個流動控制裝置的吸氣口位于飛艇的同一側，出氣口位于飛艇的同一側。

其中，所述氣囊包括主氣囊和副氣囊，所述主氣囊內部充有浮生氣體，用于為所述飛艇提供上升浮力，所述副氣囊用于通過排出或充入空氣來增加或減小所述飛艇的有效浮力。