一种用于浮空器长航时定高度飞行的浮力控制装置

技术领域

本发明涉及浮空器长航时飞行技术领域，尤其涉及一种用于浮空器长航时定高度飞行的浮力控制装置。

背景技术

长航时浮空器在空中飞行时，在指定的范围内保持相对地面高度静止可以对固定高度的大气环境和目标物进行连续监测，实现对所需信息的综合采集与控制，但是浮空器定高飞行容易受到大气及太阳辐射等环境因素的综合影响，必须通过人为控制的方式才能实现浮空器的定高度飞行。其中，由于太阳辐射造成的白天及夜晚温度变化引起的浮空器浮力的变化对浮空器飞行高度的影响尤为明显。

由于长航时浮空器飞行过程中是悬浮于大气中的，其浮力与自身重力为平衡关系，因此其飞行高度即由其浮力决定。对于一个处于悬浮状态的浮空器，其浮力增加将导致浮空器高度上升，浮力减小将导致浮空器高度降低。因此，浮空器在高空自由状态下定高度飞行主要通过改变浮空器的浮力来控制。

目前，对浮空器高度的控制通常有如下几种方法：一是在空中通过抛弃自身携带的压仓配重物体来获取上升浮力；二是对球体内部气体加温实现浮力增加；三是采用耐压球体，保证球的体积在白天和夜晚基本没有变化，从而得到一个稳定的浮力。

1.浮空器的升高通过抛砂、减少浮空器重力实现，下降通过改变球体体积释放氦气、降低球体浮力实现。这种抛砂的方法对球体的带载能力提出比较高的要求，要求球体的体积不宜太小，否则数次抛砂控制后即失去改变浮力的能力。这种方法极难实现长航时浮空器的定高度飞行控制。

2.通过对浮空器内部气体加温使得浮空器体积增加，从而增加浮空器浮力。这种方法只能短时间增加浮力，对电源或化学加热系统要求较高，不适合长时间滞空的球体。

3.采用耐压气球，气球的气囊强度足以承受超热现象引起的压差，用以消除环境温度及大气辐射对球体体积的影响，保证气球的浮力稳定，从而维持稳定的飞行高度。耐压气球的强度—质量比是一般气球的数倍，但耐压气球的外形结构复杂，需要增加一些抗压装置，带来一些额外的重量，对高空长航时浮空器不太适用。

发明内容

为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种用于浮空器长航时定高度飞行的浮力控制装置。

本发明提出的一种用于浮空器长航时定高度飞行的浮力控制装置，包括：浮空气囊和液氦杜瓦；

液氦杜瓦通过拉绳吊装在浮空气囊下方，液氦杜瓦上设有氦气出口，浮空气囊上设有补气口，所述氦气出口和所述补气口之间通过供气管连通，液氦杜瓦用于通过供气管为浮空气囊补气。

优选地，浮空气囊上还设有溢流口，所述溢流口上设有差压阀门。

优选地，当浮空气囊浮力增加时，差压阀门开启，释放浮空气囊内的气体；当浮空气囊浮力减小时，液氦杜瓦通过供气管为浮空气囊补气。

优选地，液氦杜瓦包括外胆、承压内胆和换热器，承压内胆位于外胆内部且二者之间设有隔热层，所述氦气出口位于承压内胆顶部，换热器位于所述氦气出口处。

优选地，所述氦气出口设有用于释放内胆超压气体的泄放阀。

优选地，承压内胆采用玻璃钢符合材料制成。

优选地，外胆采用纤维增强玻璃钢材料制成。

优选地，隔热层采用乙丙橡胶材料在外胆和承压内胆之间填充而成。

优选地，还包括安全阀，安全阀位于供气管内，安全阀包括支撑弹簧和锥形阀塞，供气管侧壁设有环形挡板，锥形阀塞位于环形挡板上方，支撑弹簧位于锥形阀塞远离环形挡板一侧，支撑弹簧一端与所述供气管内壁连接且另一端支撑锥形阀塞与环形挡板密封配合。

优选地，拉绳包括围绕浮空气囊均匀分布的多个绳索。

本发明中，所提出的用于浮空器长航时定高度飞行的浮力控制装置，液氦杜瓦通过拉绳吊装在浮空气囊下方，液氦杜瓦上设有氦气出口，浮空气囊上设有补气口，所述氦气出口和所述补气口之间通过供气管连通，液氦杜瓦用于通过供气管为浮空气囊补气。通过上述优化设计的用于浮空器长航时定高度飞行的浮力控制装置，通过搭载液氦杜瓦，可以实现多次对浮空器浮力的控制，能够保障浮空器长航时定高度飞行，同时易于安装，无需额外电源或化学装置，对浮空器负载能力的影响较小。

附图说明

图1为本发明提出的一种用于浮空器长航时定高度飞行的浮力控制装置的结构示意图。

图2为本发明的液氦杜瓦的结构示意图。

具体实施方式

如图1和2所示，图1为本发明提出的一种用于浮空器长航时定高度飞行的浮力控制装置的结构示意图，图2为本发明的液氦杜瓦的结构示意图。

参照图1，本发明提出的一种用于浮空器长航时定高度飞行的浮力控制装置，包括：浮空气囊1和液氦杜瓦2；

液氦杜瓦2通过拉绳吊装在浮空气囊1下方，液氦杜瓦2上设有氦气出口，浮空气囊1上设有补气口，所述氦气出口和所述补气口之间通过供气管4连通，液氦杜瓦2用于通过供气管4为浮空气囊1补气。

具体地，拉绳包括围绕浮空气囊1均匀分布的多个绳索3。

在浮空气囊的具体设计方式中，浮空气囊1上还设有溢流口，所述溢流口上设有差压阀门8，差压阀门8为自适应式、适合低压力环境下工作，具有开启容易、流量大等特点。

本实施例的用于浮空器长航时定高度飞行的浮力控制装置的具体工作过程中，白天条件下，由于大气温度升高及太阳辐射的影响，浮空器气囊内氦气产生超热现象，引起氦气膨胀，此时浮空气囊1体积增大，浮力增加，差压阀门8开启，释放浮空气囊1内的气体；夜晚条件下，由于大气温度降低及太阳辐射消失的影响，浮空器气囊内氦气温度降低，引起氦气收缩，此时浮空气囊1体积减小，相应浮力减小，液氦杜瓦2通过供气管4为浮空气囊1补气。在工作过程中，在浮力减小时，液氦杜瓦不仅可以为浮空气囊补气，同时，当液氦杜瓦内液氦耗尽时，杜瓦可作为负载抛仓物投到地面，保证浮空气囊的浮力。

在本实施例中，所提出的用于浮空器长航时定高度飞行的浮力控制装置，液氦杜瓦通过拉绳吊装在浮空气囊下方，液氦杜瓦上设有氦气出口，浮空气囊上设有补气口，所述氦气出口和所述补气口之间通过供气管连通，液氦杜瓦用于通过供气管为浮空气囊补气。通过上述优化设计的用于浮空器长航时定高度飞行的浮力控制装置，通过搭载液氦杜瓦，可以实现多次对浮空器浮力的控制，能够保障浮空器长航时定高度飞行，同时易于安装，无需额外电源或化学装置，对浮空器负载能力的影响较小。

参照图2，在液氦杜瓦的具体实施方式中，液氦杜瓦2包括外胆21、承压内胆22和换热器24，承压内胆22位于外胆21内部且二者之间设有隔热层23，所述氦气出口位于承压内胆22顶部，换热器24位于所述氦气出口处；通过内外胆隔热设计，既能承受压力，又能保温绝热，同时还具有安全保护和蒸发控制，浮空气囊需要补气时，通过换热器在氦气出口处加热，使得液氦迅速气化形成氦气，通过供气管为浮空气囊补气。

为了避免内胆由于内部气体超压而发生破裂，所述氦气出口设有用于释放内胆超压气体的泄放阀6。

在液氦杜瓦的材料选择中，承压内胆22采用玻璃钢符合材料制成，隔热性能良好、低渗透率。外胆21采用纤维增强玻璃钢材料制成，表面可镀涂防老化涂层，减小透气率。隔热层23采用乙丙橡胶材料在外胆21和承压内胆22之间填充而成，乙丙橡胶与玻璃钢材料有良好相容性。

在换热器结构的具体设计方式中，可采用换热面积大的管壳式结构。

在液氦杜瓦的其他具体设计方式中，还包括安全阀，安全阀位于供气管4内，安全阀包括支撑弹簧51和锥形阀塞52，供气管4侧壁设有环形挡板41，锥形阀塞52位于环形挡板41上方，支撑弹簧51位于锥形阀塞52远离环形挡板41一侧，支撑弹簧51一端与所述供气管4内壁连接且另一端支撑锥形阀塞52与环形挡板41密封配合；环形挡板与换热器24出口相连，采用密封性能良好的无磁玻璃钢；锥形阀塞固定在环形挡板上，采用锥状密封结构，锥形阀塞的打开压力由支撑弹簧调节；换热器汽化后的氦气通过环形挡板、锥形阀塞后进入供气管6，直接输送至浮空器囊体1内。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。