[发明专利]可变构形浮空飞行器

说明书

技术领域

本发明涉及可变构形浮空飞行器，它是一种可应用于临近空间、平流层的通讯、侦查、对地观测、预警等的综合平台，属于浮空飞行器技术领域。

背景技术

浮空飞行器是利用轻于空气(Lighter-Than-Air,LTA)原理，具有动力控制、可操纵机动的飞行器。1783年11月21日，法国人最早发明了热气球，这是最早的浮空器。1852年，法国工程师吉法德在椭圆形的气球下吊装了一台3马力蒸气发动机和螺旋桨，制成了第一艘软式飞艇。1898年，德国的齐柏林伯爵首次设计和制造出了硬式飞艇LZ-1号，这种飞艇使用骨架保持气囊的外形，采用活塞式发动机作动力，因而飞行性能好，装载量大。1937年德国齐伯林公司的“兴登堡号”飞艇飞抵美国新泽西州的莱克赫斯特上空起火失事后，飞艇暂时退出了“黄金时代”。

但随精细化工技术发展，新型高强复合织物膜材、薄膜、固化技术，以及控制技术进展，新的军民用途需求，在1980年后，新型飞艇被欧美等发达国家高度重视和作为战略研发，各国竞相研制临近空间飞艇(平流层飞艇)或者临近空间浮空飞行器平台。基于常规软式飞艇原理的浮空飞行器平台是目前主要研究平台之一，外气囊内有巨大空气副气囊(84~92%外气囊容积)，通过鼓风机、阀门和压力控制系统，由鼓风机向副气囊内鼓风或由阀门排气，使副气囊内空气的增加和减少，从而实现降落和升空，但这个上升下降过程方法消耗能量大、配套系统设备重，是目前研究难以克服瓶颈之一。高空零压气球或超压气球升空过程囊内零压，无稳定形态，难于控制。基于特殊构形的软式飞艇“高空哨兵，Hi-sentinel”，升空原理同气球，升空过程形态不稳定，达到气压高度后状态转换难以控制。这些浮空飞行器均采用螺旋桨产生推力，在30km以上高空，空气稀薄，螺旋桨效率很低，且其效率匹配点与低空不一致。

陈务军著的“膜结构工程设计”(中国建筑工业出版社，2005.3.)研究介绍常规软式飞艇构形、结构设计分析。

甘晓华著的“飞艇技术概论”(国防工业出版社，2005)介绍了常规飞艇体系总体、气动、结构设计。

陈萍编译的“美国陆军的高空轻于空气艇研究成果”(浮空器研究，2010，4(2)：32-38)介绍了美国的HAA、Hi-sentinel、ULDB计划。(原文：Michael,Steve Smith,Stavros Androulakakis.The High Altitude Lither Than Air Airship Efforts at the US Army Space and Missile Defense Command/Army Forces Strategric Command.18th AIAA Lither Than Air Systems Technology conference,4-7May 2009.)。

W.J.Chen、W.W.Xiao著的“Structural Performance Evaluation Procedure for Large Flexible Airship of HALE Stratospheric Platform Conception”(Journal of Shanghai Jiaotong University(Sci.Ed.).2007,E-11(2):293-300)研究了常规飞艇弹性分析理论与结构特性。

Y.Xu、M.Z.Q.Chen、W.J.Chen著的“Buckling and post-buckling of a pumpkin balloon”(AIAA SDM conference,2010.4.15.USA)研究了长驻空平台超压气球形态稳定性。

H.J.Gao、W.J.Chen、G.Y.Fu著的“Structural Design Conception and Analysis for the Structural System of Large Flexible Airship”(J.of Shanghai Jiao Tong Univ.(Sci.).2010,E-15(6):756-62)研究了软式飞艇的结构体系与布局。

W.W.Xiao、W.J.Chen、G.Y.Fu著的“Wrinkle Analysis of the Space Inflatable ParaboloidAntenna”(J.of Shanghai Jiao Tong Univ.(Sci.).2011,E-16(1):24-33)研究了空间充气可展薄膜天线褶皱分析方法与褶皱特性。