一种高程可控亚太空承载飞行动力器

摘要

本发明提出了一种高程可控亚太空承载飞行动力器，包括设备配重舱、首级气囊组、次级气囊组、中间级气囊组和末级气囊组，首级气囊组与次级气囊组连接，次级气囊组与中间级气囊组连接，中间级气囊组与末级气囊组连接，末级气囊组与设备配重舱连接，首级气囊组包括第一气囊组、第二气囊组、第三气囊组和第四气囊组，本发明一种高程可控亚太空承载飞行动力器，包括多个气囊组，向气囊中充入轻于空气的气体，产生升力；每个气囊组包括多个气囊，能够承受高空中的更大大气压力，高低空飞行更安全，个别气囊损坏，也不会坠落地面，其它气囊可以正常进行工作。

说明书

技术领域

本发明涉及飞行器技术领域，特别涉及一种高程可控亚太空承载飞行动力器。

背景技术

浮空飞行器指依靠轻质浮升气体产生浮力升空的一类飞行器。通常由充入氦气等轻质气体的气囊，气囊产生浮力使浮空器升空。由于距地面越高，空气越稀薄，轻于空气的装载容器距地面5km压力是地面一倍，而30—40km至更高空，压力就变成是地面的几十至60倍甚至上百倍，亚太空也叫次太空，是一般飞机飞行高度上限到100km高空范围，传统的轻于空气承载容器均无法承受如此大的压力，不能满足各类科研和运载的要求。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种高程可控亚太空承载飞行动力器，以解决背景技术中所提到的问题，克服现有技术中存在的不足。

为了实现上述目的，本发明一方面的实施例提供一种高程可控亚太空承载飞行动力器，包括设备配重舱、首级气囊组、次级气囊组、中间级气囊组和末级气囊组，首级气囊组与次级气囊组连接，次级气囊组与中间级气囊组连接，中间级气囊组与末级气囊组连接，末级气囊组与设备配重舱连接，首级气囊组包括第一气囊组、第二气囊组、第三气囊组和第四气囊组，第一气囊组包括首级末端气囊、首级中端气囊和首级次端气囊，首级末端气囊与首级中端气囊连接，首级中端气囊与首级次端气囊连接。

优选的是，还包括气体储压舱和微型气泵，首级次端气囊与微型气泵连接，微型气泵与气体储压舱连接。

在上述任一方案中优选的是，第二气囊组、第三气囊组和第四气囊组分别与第一气囊组的结构相同。

在上述任一方案中优选的是，次级气囊组与首级气囊组的结构相同。

在上述任一方案中优选的是，中间级气囊组与首级气囊组的结构相同。

在上述任一方案中优选的是，中间级气囊组为多个。

在上述任一方案中优选的是，末级气囊组与首级气囊组的结构相同。

在上述任一方案中优选的是，还包括集中气体储压舱，集中气体储压舱与气体储压舱连接。

在上述任一方案中优选的是，还包括壳体，壳体内设有首级气囊组、次级气囊组、中间级气囊组和末级气囊组，壳体外设有防水透气膜。

与现有技术相比，本发明所具有的优点和有益效果为：

1、本发明一种高程可控亚太空承载飞行动力器，包括多个气囊组，向气囊中充入轻于空气的气体产生升力，每个气囊组包括多个气囊，能够承受高空中的更大大气压力，当其中一个气囊出现问题时，其它气囊可以正常进行工作。可用于轻于空气动力飞艇、飞机、垂直升降机、卫星、空间站等轻于空气动力，包括与空气翼混合动力，飞行器在有空气范围至亚太空，次太空运载中做升力应用，满足科研和运载的需求，使用更加安全。

2、本发明的一种高程可控亚太空承载飞行动力器，壳体外侧设有防水透气膜，能够阻确高空中的水分，防止水分进入到壳体内结冰，对气囊产生影响，在向气囊中充气时，利于壳体内的空气排出，升降速率快。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例一种高程可控亚太空承载飞行动力器结构图。

图2为根据本发明实施例一种高程可控亚太空承载飞行动力器的方框原理图。

图3为根据本发明实施例一种高程可控亚太空承载飞行动力器的飞机应用示例。

图4为根据本发明实施例一种高程可控亚太空承载飞行动力器的飞艇应用示例。

图5a和图5b为根据本发明实施例一种高程可控亚太空承载飞行动力器的空间站应用示例。

其中：1-首级气囊组；2-次级气囊组；3-中间级气囊组；4-末级气囊组；5-设备配重舱；6-第一气囊组；61-首级末端气囊；62-首级中端气囊；63-首级次端气囊；7-第二气囊组；8-第三气囊组；9-第四气囊组；10-货舱；11-配重；12-气囊。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1和图2所示，本发明实施例的一种高程可控亚太空承载飞行动力器，包括设备配重舱5、首级气囊组1、次级气囊组2、中间级气囊组3和末级气囊组4，首级气囊组1与次级气囊组2连接，次级气囊组2与中间级气囊组3连接，中间级气囊组3与末级气囊组4连接，末级气囊组4与设备配重舱5连接，首级气囊组1包括第一气囊组6、第二气囊组7、第三气囊组8和第四气囊组9，第一气囊组6包括首级末端气囊61、首级中端气囊62和首级次端气囊63，首级末端气囊61与首级中端气囊62连接，首级中端气囊62与首级次端气囊63连接。第一气囊组6、第二气囊组7、第三气囊组8和第四气囊组9并列设置或并联设置。

本发明实施例中包括多个气囊组，每个气囊组包括多个气囊，向气囊中充入轻于空气的气体，能够承受高空中的更大大气压力，当其中一个气囊出现问题时，其它气囊可以正常进行工作。可随高程升高将大气压力分散到多个气囊中，还可以向次级气囊泄压增容，运载搭乘体做提升或下降的控制。可用于轻于空气动力飞艇、飞机、垂直升降机、卫星、空间站等轻于空气动力，包括与空气翼混合动力，飞行器在有空气范围至亚太空，次太空运载中做升力应用，满足科研和运载的需求，使用更加安全。

进一步的，还包括气体储压舱和微型气泵，首级次端气囊63与微型气泵连接，微型气泵与气体储压舱连接。具体的，微型气泵与气体储压舱连接。

进一步的，还包括集中气体储压舱，集中气体储压舱与气体储压舱连接。还包括控制阀，首级末端气囊61与首级中端气囊62通过控制阀连接，首级中端气囊62与首级次端气囊63之间通过控制阀连接，首级次端气囊63与微型气泵之间通过控制阀连接。

进一步的，第二气囊组7、第三气囊组8和第四气囊组9分别与第一气囊组6的结构相同。

第二气囊组7包括首级末端气囊61、首级中端气囊62和首级次端气囊63，首级末端气囊61与首级中端气囊62连接，首级中端气囊62与首级次端气囊63连接。首级次端气囊63与微型气泵连接，微型气泵与气体储压舱连接。微型气泵与气体储压舱连接。

第三气囊组8包括首级末端气囊61、首级中端气囊62和首级次端气囊63，首级末端气囊61与首级中端气囊62连接，首级中端气囊62与首级次端气囊63连接。首级次端气囊63与微型气泵连接，微型气泵与气体储压舱连接。微型气泵与气体储压舱连接。

第四气囊组9包括首级末端气囊61、首级中端气囊62和首级次端气囊63，首级末端气囊61与首级中端气囊62连接，首级中端气囊62与首级次端气囊63连接。首级次端气囊63与微型气泵连接，微型气泵与气体储压舱连接。微型气泵与气体储压舱连接。

进一步的，次级气囊组2与首级气囊组1的结构相同。次级气囊组2包括第五气囊组、第六气囊组、第七气囊组和第八气囊组，第五气囊组包括次级末端气囊、次级中端气囊和次级次端气囊，次级末端气囊与次级中端气囊连接，次级中端气囊与次级次端气囊连接。第五气囊组、第六气囊组、第七气囊组和第八气囊组并列设置。微型气泵由陀螺控制的伺服充收囊袋系统或伺服控制系统或伺服控制器来控制。

第五气囊组包括次级末端气囊、次级中端气囊和次级次端气囊，次级末端气囊与次级中端气囊连接，次级中端气囊与次级次端气囊连接。次级次端气囊与微型气泵连接，微型气泵与气体储压舱连接。微型气泵与气体储压舱连接。

第六气囊组、第七气囊组和第八气囊组分别与第五气囊组的结构相同。

可选的，中间级气囊组3与首级气囊组1的结构相同。

中间级气囊组3包括第九气囊组、第十气囊组、第十一气囊组和第十二气囊组，第九气囊组包括中间级末端气囊、中间级中端气囊和中间级次端气囊，中间级末端气囊与中间级中端气囊连接，中间级中端气囊与中间级次端气囊连接。第九气囊组、第十气囊组、第十一气囊组和第十二气囊组并列设置。微型气泵由陀螺控制的伺服充收囊袋系统或伺服控制系统或伺服控制器来控制。

第九气囊组包括中间级末端气囊、中间级中端气囊和中间级次端气囊，中间级末端气囊与中间级中端气囊连接，中间级中端气囊与中间级次端气囊连接。中间级次端气囊与微型气泵连接，微型气泵与气体储压舱连接。微型气泵与气体储压舱连接。

第十气囊组、第十一气囊组和第十二气囊组分别与第九气囊组的结构相同。

进一步的，中间级气囊组3可以设为多个。

可选的，末级气囊组4与首级气囊组1的结构相同。

末级气囊组4包括第十三气囊组、第十四气囊组、第十五气囊组和第十六气囊组，第十三气囊组包括末级末端气囊、末级中端气囊和末级次端气囊，末级末端气囊与末级中端气囊连接，末级中端气囊与末级次端气囊连接。第十三气囊组、第十四气囊组、第十五气囊组和第十六气囊组并列设置。微型气泵由陀螺控制的伺服充收囊袋系统或伺服控制系统或伺服控制器来控制。

第是第十三气囊组包括末级末端气囊、末级中端气囊和末级次端气囊，末级末端气囊与末级中端气囊连接，末级中端气囊与末级次端气囊连接。末级次端气囊与微型气泵连接，微型气泵与气体储压舱连接。微型气泵与气体储压舱连接。

第十四气囊组、第十五气囊组和第十六气囊组分别与第十四气囊组的结构相同。

首级气囊组1、次级气囊组2、中间级气囊组3和末级气囊组4分别与一个微型气泵组连接，每个微型气泵组包括多个微型气泵，每个微型气泵组都与一个气体储压舱连接。微型气泵由陀螺控制的伺服充收囊袋系统或伺服控制系统或伺服控制器来控制。储气罐中储存轻于空气的气体，具体为氢气或氦气。

具体的，还包括壳体，壳体内设有首级气囊组1、次级气囊组2、中间级气囊组3和末级气囊组4，壳体外设有防水透气膜。防水透气膜具体为无纺布防水透气膜。防水透气膜防止水分进入到壳体内结冰，对气囊产生影响，在向气囊中充气时，利于壳体内的空气排出，升降速率快。在设备配重舱5的下方还可以吊有货舱10。

本发明的工作原理为：本发明实施例将各种气囊进行并联、串联或多重串连接，或并联的组合体，向气囊中中充入轻于空气的气体，产生浮力，在升空过程中随着高程升高，环境气压降低，末级气囊内压升高，向无压或低压气的中级气囊和次级气囊泄压增容，而使前面的末级气囊减压几乎不减容积同时，使次级气囊或中级气囊增容产生更大轻于空气体积产生之升力，如此类推使本运载组合随高程增加，当处于前端的末级气囊压力大于设定承压值时，即向其它次级气囊泄压增容，而使前端末级气囊减压保容积的同时，增加其它囊袋容积提高轻于空气运载体的升力。进而达到增加容器提升高程载重保障之需要，或高程的提升控制的实现；对于本发明运载飞行容器下降，而用先行次级气囊泄压至气体储压舱，中级气囊再向已泄压气囊泄压，随高程降低，逐级向低压囊或气体储压舱排气降容，而达到本发明承载运载物下降，通过上述方式控制运载容器升降。

浮力是指浸在气体或液体流体内的物体受到流体竖直向上托起的作用力。

浮力的定义式为F浮＝G排，计算公式为：F浮＝ρgV排，其中，ρ液表示液体或气体的密度，单位为千克/立方米；g表示重力加速度的常数，一般g＝9.8N/kg；V排表示排开气体或液体的体积，单位为立方米。

囊飞行器的浮力＝空气密度1.293kg/N立方米至所使用气体密度。

氢气密度＝0.0899；氦气＝0.135。

为更精确的计算，也可以据地球纬度到地球轴心半径，套入重力加速度g的公式，计算实际的g数值。

重力加速度公式：g＝GM/r^2。重力加速度是一个物体受重力作用的情况下所具有的加速度。也叫自由落体加速度，用g表示。重力加速度是物理名词，通常指地面附近物体受地球引力作用在真空中下落的加速度，记为g。为了便于计算，其近似标准值通常取为980厘米/秒的二次方或9.8米/秒的二次方。M为物体的质量，g为万有引力系数。r是所处地球纬度的轴心半径。

如图3所示，本发明另一种应用实施例中的飞机应用实例，配重11设在飞机的中心位置，配重11可以为货仓等，气囊12可以设在飞机的机体上，飞机的机翼上等。如图4所示，配重设在飞艇的中心位置，气囊可以分为多个气囊或多组气囊，设在飞艇的艇体中；如图5a所示为本发明用于空间站的一应用实施例；在配重仓周围设置气囊。如图5b所示为本发明用于空间站的另一应用实施例，其配重仓周围设置气囊组，每个气囊组中包含多个气囊。

本发明实施例中的一种高程可控亚太空承载飞行动力器能够替代火箭、航空发动机运载升空，并解决轻于空气动力容器升空承压的驼载空间及亚太空飞行器升空飞行之承载飞行动力器，包括设备配重舱、首级气囊组、次级气囊组、中间级气囊组和末级气囊组；首级气囊组与次级气囊组连接，次级气囊组与中间级气囊组连接，若干级中间级气囊组与末级气囊组连接，末级气囊组与设备配重舱连接，首级和各级气囊组根据不同飞行器平衡或姿态控制(如太阳能板朝向、固定在飞行器上天线方向角度)，而又可分为若干组，如前部气囊组、后部气囊组、左部气囊组和右部气囊组，空间站和类固定翼飞机根据平衡和配载重需要，还可以增加不同部位囊组，本发明一种高程可控亚太空承载飞行动力器，包括多个气囊组，向气囊中充入轻于空气的气体，产生升力；每个部位气囊组又包括多个串、并联由上至下排列的首级、次级及中间级及末级气囊组，能够在升高后首级囊容器压力升高后，首级囊气体向并联级囊容器或次级囊容器泄压而使囊容积成倍增加，达到本发明承载飞行动力器“前级囊减压，后级囊增容”提升动力器升力和解决没有几十倍上百倍承压囊材料的问题。解决囊承受高深空中环境压力降低，轻于空气气体囊构成的承载飞行动力器耐压在囊材料耐压许可范围，并增加了承载器继续升高的容积，同时，随高度增高更大囊内气压大于环境气压而有囊爆裂下，由于囊容积减小，飞行动力器也会自动下降而达降低高度达到其它囊减压目的，且由于囊内压力与地面相当，由于飞行动力器采用轻于空气的轻质气体，即使低空飞行更安全，个别气囊损坏，也不会坠落地面，其它气囊可以正常进行工作。

本发明的一种高程可控亚太空承载飞行动力器解决了高空，如十几公里乃至几十公里高程空间气压与近地压如水平面附近，相差几十乃至上千倍压差的轻于空气动力耐压问题；适合科研和运载需求。解决了传统飞艇、气球等轻于空气动力运载容器升高无法承受内压，及重载下升力随高程升高而升力降低问题，以及容器无法封闭升降控制或升降范围和高程有限问题。本发明同样适用于水中至水平面以上100Km以内空间。除可用于运载，也可单独裸挂载人或物，使之成自动垂直升降工具、也可用于为各类载货载人飞行器、卫星中继工具、空间站等空间产品提供运载服务。

无论本发明气囊采用何种材料及何形状气体，含气球或气囊容器，及使用何种气体，以及采用多少组级串或并联容器，以及容器级间是否采用气体阀控制无论单或双向，以及阀间是否有单向阀泵和双向阀泵，以及有否气体加温和温度控制，以及本发明不管用于何用途，以及本发明无论用于大气空间或次太空或亚太空空间，或水下，或加挂何种推进器成飞行器，均在本发明专利保护范围内。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

本领域技术人员不难理解，本发明包括上述说明书的发明内容和具体实施方式部分以及附图所示出的各部分的任意组合，限于篇幅并为使说明书简明而没有将这些组合构成的各方案一一描述。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。