專利名稱：太陽能可控浮力、自控穩(wěn)衡氦氣藍(lán)天飛船的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為屬于航空技術(shù)領(lǐng)域的氣球飛行器技術(shù)——飛艇技術(shù)，尤其是太陽能可控浮力、自控穩(wěn)衡氦氣藍(lán)天飛船。
背景技術(shù)：
氣球飛行器的最早實(shí)施可以上溯至1784年，法國羅伯特兄弟的人力推進(jìn)魚形充氫氣飛行船的試飛。1852年法國工程師吉法爾設(shè)計(jì)制造了氣囊為2500立方米、以蒸汽機(jī)推動(dòng)螺旋漿為前進(jìn)動(dòng)力的可操縱充氫氣飛艇。后來，軟氣球飛艇又被金屬、木材框架復(fù)蓋蒙皮的硬式飛艇所取代。至20世紀(jì)初，飛艇技術(shù)日臻成熟。德國發(fā)明家齊伯林作出重要貢獻(xiàn)，使飛艇航空成為20世紀(jì)最初世界航空業(yè)的主導(dǎo)潮流。德國德萊格飛艇航空公司僅從1910年至1914年就實(shí)現(xiàn)了飛艇航行214萬公里、安全載客35000人次的業(yè)績。德國1936年制造成功的興登堡號(hào)飛艇長245米、直徑41米、總氣囊容積為20萬立方米、總重230噸，動(dòng)力為4臺(tái)610千瓦的發(fā)動(dòng)機(jī)，載客75名，航速達(dá)130公里/小時(shí)，續(xù)航時(shí)間為200小時(shí)，內(nèi)部裝修的豪華和設(shè)備的舒適不亞于“泰坦尼克”號(hào)豪華客輪。該艇共進(jìn)行63次商業(yè)飛行。第一次世界大戰(zhàn)中，飛艇還被各國廣泛運(yùn)用于軍事中，并獲得突出的效果。
然而飛艇航空業(yè)的終結(jié)，也正是以1937年5月6日興登堡號(hào)飛船在美國新澤西州降落時(shí)突然起火爆炸失事為標(biāo)志。不過飛艇航空被新興的飛機(jī)航空所取代并非偶然，其必然性在于當(dāng)時(shí)充氣飛艇的兩大缺陷一是大部分飛艇所充氣體為可燃易爆的氡氣；二是體積龐大的飛艇操縱不靈活、結(jié)構(gòu)不堅(jiān)固，難以抵擋風(fēng)暴的襲擊。特別是在民用與軍用航空日益追求高航速目標(biāo)的需求時(shí)，飛艇就更加無法與飛機(jī)相競(jìng)爭了。
在飛機(jī)航空興起和完全占領(lǐng)航空業(yè)的年代中，從20世紀(jì)70年代起，充氣飛行器——飛艇航空又開始復(fù)蘇。這一方面是由于新的材料技術(shù)與控制技術(shù)可以改進(jìn)歷史上飛艇的缺陷，從而使飛艇在載重量、航運(yùn)成本、安全性上具備了與飛機(jī)航空競(jìng)爭的能力；更重要的深層原因則是世界能源、石油緊缺日益嚴(yán)重，消耗巨量石油的飛機(jī)航空業(yè)也就面臨嚴(yán)重的危機(jī)。一旦石油枯竭，現(xiàn)有的一切飛機(jī)將成為一堆廢物。
正在復(fù)蘇的充氣飛艇幾十年來發(fā)展速度并不快，遠(yuǎn)沒有大量進(jìn)入民用航空及其他實(shí)用航空領(lǐng)域，是因?yàn)樵诎踩?、?shí)用性上還存在一些缺點(diǎn)，特別是靈活自如地控制空中各個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)尚不完善，以及所消耗的能源基本上仍然是石油產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是要設(shè)計(jì)制造一種較現(xiàn)有同類產(chǎn)品更加安全、經(jīng)濟(jì)、控制靈活的充氣飛行器，使它在實(shí)用用途上對(duì)飛機(jī)航空具有更強(qiáng)的競(jìng)爭力使它的空難事故率遠(yuǎn)低于現(xiàn)有飛機(jī)航空，客貨運(yùn)成本大大低于飛機(jī)空運(yùn)，在運(yùn)輸效率、實(shí)用性上也可以和飛機(jī)空運(yùn)媲美；從而使它有條件大量進(jìn)入民用航空業(yè)，以及成為普及到民眾的家用飛行器。本發(fā)明所指的飛行器即是一種相比于歷史上、現(xiàn)有的飛艇有著重大技術(shù)更新的新的飛艇——在本發(fā)明中又將飛艇稱為藍(lán)天飛船。因?yàn)榇c艇是同義詞，前面加藍(lán)天二字表示它航行于大氣層中，有別于目前流行的宇宙飛船的稱謂。
可控浮力、自控穩(wěn)衡氦氣藍(lán)天飛船，設(shè)有輕于空氣的氣球產(chǎn)生浮力的浮力裝置、動(dòng)力裝置、載人或載人兼載物裝置。動(dòng)力裝置以電動(dòng)機(jī)或內(nèi)燃機(jī)帶動(dòng)螺旋漿或氣流泵噴氣機(jī)為動(dòng)力。浮力裝置及浮力控制裝置至少設(shè)有兩組浮力氣體容器——軟體氣球或軟體、硬體氣球，不同氣球組之間由管道連接，在管道上串聯(lián)壓力泵、即充氣泵和充放氣閥門，依靠充氣氣球產(chǎn)生浮力，浮力氣體在充氣泵壓力作用下實(shí)現(xiàn)在不同氣球組的不同壓力、密度分布，從而自動(dòng)控制浮力。浮力裝置下部連接載人或載人兼載物容器，其特征是浮力調(diào)控是運(yùn)用電子控制系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)程序控制調(diào)節(jié)浮力氣體在各組氣球之間的不同密度，壓力分布實(shí)現(xiàn)的；設(shè)有實(shí)現(xiàn)自控穩(wěn)衡的“調(diào)控飛行氣流氣泵”，它的出氣端通過出氣管道及支管通向分布在飛行器圍周方位的、帶可調(diào)控氣量閥門的噴氣嘴它的進(jìn)氣端通過進(jìn)氣管道通向?qū)ν饨玳_口的進(jìn)氣口其自控穩(wěn)衡是運(yùn)用電子控制系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)程序控制“調(diào)控飛行氣流氣泵”噴射到外界的氣流的分布、強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)的。內(nèi)燃機(jī)為主要?jiǎng)恿r(shí)設(shè)有燃料箱。
本發(fā)明的氣球組包括兩組主氣球和若干組副氣球。充氣泵在兩組主氣球之間調(diào)配氣體是為著調(diào)控升降，在主氣球和副氣球之間調(diào)配氣體是為著調(diào)控與飛行海拔高度相適應(yīng)的浮力氣體體積。飛行運(yùn)動(dòng)穩(wěn)衡的自動(dòng)控制是運(yùn)用電子控制系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)程序控制電動(dòng)機(jī)所帶動(dòng)的螺旋漿的運(yùn)行和氣流泵噴射到外界的氣流的分布、強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明是一種以太陽能所轉(zhuǎn)化的電能為動(dòng)力電動(dòng)機(jī)的能源，依靠充氦氣氣球產(chǎn)生浮力，可以按飛行需要控制浮力、自動(dòng)控制飛行穩(wěn)衡的，航行于大氣層中的載人或載人兼載物飛行器；飛行器運(yùn)行、動(dòng)力電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)所需的電力，由太陽能電池供應(yīng)。另有蓄電池和小型內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組作為備用電源。
本發(fā)明的浮力氣體容器——?dú)馇蚴浅浜鈿馇?，其特征是容納所有氣球的氣球艙空間具有扁平的形狀，有一個(gè)大面積平頂，平頂上裝設(shè)太陽能電池。
本發(fā)明的充氦氣氣球，其特征是這些氣球均為彈性膜制作的軟體氣球，這些氣球分為多組，即主氣球A組與主氣球B組與副氣球若干組。每組氣球組由若干個(gè)氣球組成(以下簡稱單元?dú)馇?，采用類似動(dòng)物肺部氣管的肺管式氣管將單元?dú)馇蚵?lián)接到總氣管。肺管式氣管與總氣管有兩套，一套是充氣氣管，另一套是排氣氣管。
本發(fā)明的各單元?dú)馇蚣捌湎噙B的末端支氣管，其特征是每個(gè)單元?dú)馇騼?nèi)都裝有對(duì)一定濃度空氣成分氣體敏感的空氣氣敏傳感器；每個(gè)單元?dú)馇蛳噙B的末端支氣管均有可自控開閉的截止氣閥，截止氣閥的開閉受飛行器自動(dòng)控制系統(tǒng)和駕駛指令控制。本發(fā)明的各總氣管、支氣管，其特征是所有支氣管末端與氣球的聯(lián)接，均采用類似自行車、汽車胎的雞腸氣門芯聯(lián)接。凡是氣進(jìn)入氣球的通道，氣門芯出口在氣球內(nèi)；凡是氣流出氣球的通道，氣門芯出口在氣球外。充氣泵進(jìn)口還有一根帶可控氣閥的分支管，作為外界氣源進(jìn)氣的管道。
本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)自控穩(wěn)衡的“調(diào)控飛行氣流氣泵”，其特征是它的出氣端通過出氣管道及支管通向分布在飛行器各個(gè)方位的、帶可調(diào)控氣量閥門的噴氣嘴；它的進(jìn)氣端通過進(jìn)氣管道通向?qū)ν饨玳_口的進(jìn)氣口。飛行器周圍方位設(shè)有帶可調(diào)控氣量閥門的噴氣嘴，它的出氣端通過出氣管道及支管通向分布在飛行器周圍方位的、帶可調(diào)控氣量閥門的噴氣嘴，它的進(jìn)氣端通過進(jìn)氣管道通向?qū)ν饨玳_口的進(jìn)氣口；其自控穩(wěn)衡是運(yùn)用電子控制系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)程序控制“調(diào)控飛行氣流氣泵”噴射到外界的氣流的分布、強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)的。
當(dāng)以太陽能所轉(zhuǎn)化的電能為主要?jiǎng)恿蚰茉磿r(shí)，本發(fā)明的動(dòng)力電動(dòng)機(jī)，其特征是動(dòng)力電動(dòng)機(jī)有3種，即主、副氣球組之間充氣的充氣泵電動(dòng)機(jī)(以下簡稱充氣電動(dòng)機(jī))、推動(dòng)螺旋漿推進(jìn)器的電動(dòng)機(jī)(以下簡稱推進(jìn)電動(dòng)機(jī))，推動(dòng)產(chǎn)生“調(diào)控飛行氣流”的氣泵的電動(dòng)機(jī)(以下簡稱氣流電動(dòng)機(jī))。
本發(fā)明的飛行器，其特征是它的結(jié)構(gòu)由管材構(gòu)架和板材或薄膜蒙皮組成，以金屬或塑料或復(fù)合材料制成的框架或骨架并復(fù)蓋蒙皮制成硬式飛艇。并形成聯(lián)為一體的3個(gè)艙室即氣球艙、機(jī)艙、座艙，軟體氣球置于硬體氣球艙內(nèi)。
本發(fā)明的飛行器，其特征是它裝有固定在“飛行器的骨架外殼”或“與飛行器骨架、外殼相連接的附屬結(jié)構(gòu)”上的螺旋漿推進(jìn)器。
本發(fā)明的飛行器，其特征是它裝設(shè)有自動(dòng)控制系統(tǒng)或裝備專用程序的計(jì)算機(jī)及附屬控制系統(tǒng)，作為自動(dòng)控制充氣電動(dòng)機(jī)、推進(jìn)電動(dòng)機(jī)、氣流電動(dòng)機(jī)及各可控氣閥的控制設(shè)備。
本發(fā)明的充氣泵在兩組主氣球之間調(diào)配氣體是為著調(diào)控升降，在主氣球和副氣球之間調(diào)配氣體是為著調(diào)控與飛行海拔高度相適應(yīng)的浮力氣體體積。
本發(fā)明較之現(xiàn)有技術(shù)所增加的效果如下(1)它將帶來一種目前安全性最高的航空運(yùn)輸。它由數(shù)十個(gè)或更多單元?dú)馇虺兄?，除非惡劣天氣，不可能發(fā)生任何惡性空難事故。與氣象信息中心密切的通信聯(lián)系又使它可以回避惡劣天氣。這在空難多發(fā)的當(dāng)代，對(duì)人們具有重要的吸引力。
(2)它將使石油能源危機(jī)對(duì)航空業(yè)的致命威脅迎刃而解。它運(yùn)用自然浮力，大大降低了能耗；它使用太陽能，使燃料消耗下降至零。
(3)它完善的可調(diào)控浮力系統(tǒng)、飛行穩(wěn)衡的自控系統(tǒng)和其他的自動(dòng)控制系統(tǒng)，堅(jiān)固輕便的新型材料，使它的運(yùn)行靈活性，穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)安全性優(yōu)于以往的充氦氣飛艇。
(4)它將有可能提供一種全新的空中家用飛行器，將有可能使家用汽車的時(shí)代變革為家用藍(lán)天飛船時(shí)代，從而為現(xiàn)代人提供一種全新的生活方式，滿足現(xiàn)代人日益更新的需求；并由此推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
(5)它的飛行速度可望超過汽車。它可以在高架航空港或高層建筑頂起、降，無需占用地面場(chǎng)地。它與現(xiàn)有飛機(jī)航速的差距，可以縮短機(jī)場(chǎng)和始發(fā)地、目的地的距離彌補(bǔ)。
(6)它座艙底具有軟氣墊，可以更好地防護(hù)意外情形對(duì)地面的損傷，還可以安全地降落并安全漂浮于水上。
(7)它的氣球艙頂除裝設(shè)太陽能電池外，還可用少部分面積，兼作為乘員觀光甲板；使乘員可以獲得現(xiàn)存航空器無與倫比的臨空感受。“甲板”還可供系著安全帶的乘員在空中“登陸”、走上險(xiǎn)峰，將帶來全新的空中旅游方式。
(8)它除了太陽能能源外還備有蓄電池、外電源充電接口，可以滿足沒有太陽的充電低速航行以及返航之用；它有小型內(nèi)燃發(fā)電動(dòng)機(jī)組作為備用電源，增加了電路及控制系統(tǒng)可靠性。它的氣球有人工手動(dòng)緊急放氣口，在極端失電情形也可安全降落。
總而言之，本發(fā)明的創(chuàng)意所刻意追求的特色成效便是擁抱藍(lán)天的快樂，廉價(jià)、環(huán)保的能源，萬無一失的安全。
四

圖1為本發(fā)明外觀圖中，1為太陽能電池；2為氣球艙；3為機(jī)艙；4為座艙；5為機(jī)翼；6為螺旋漿推進(jìn)器；7為軟氣墊囊；8為座艙后尾錐；9為尾舵。
圖2為本發(fā)明外觀前視圖。
圖3為本發(fā)明外觀仰視圖。
圖4為不采用計(jì)算機(jī)程序而采用固定電子控制線路的“單元控制電路圖”。圖中IC為集成電路——電壓比較器的一個(gè)回路(-、+為其兩輸入端口，o為其輸出端)，U1為傳感信號(hào)或駕駛指令信號(hào)，U0為基準(zhǔn)信號(hào)或比較信號(hào)，R1為限流電阻、R2為分壓電阻，R3為輸入電阻，C為輸入穩(wěn)定電容，BG為3極管；JG為固態(tài)繼電器；E+、EO為操作電源?？刂茊卧蜃酉到y(tǒng)(較復(fù)雜的控制單元)有駕駛速度微調(diào)控制單元，駕駛速度檔控制單元，駕駛方向控制單元，駕駛高度微調(diào)控制單元，駕駛高度檔控制單元，速度穩(wěn)定調(diào)控子系統(tǒng)、方向穩(wěn)定調(diào)控子系統(tǒng)、高度穩(wěn)定調(diào)控子系統(tǒng)、水平穩(wěn)定調(diào)控子系統(tǒng)，太陽能電池調(diào)控子系統(tǒng)，蓄電池調(diào)控子系統(tǒng)?？刂茊卧脑頌楫?dāng)|U1|＞|U0|(U1＜U0＝時(shí)IC的o端輸出高電平，BG有輸入，通過BG放大，J導(dǎo)通，起動(dòng)1個(gè)或多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，產(chǎn)生執(zhí)行動(dòng)作(例如電動(dòng)機(jī)變速、充放氣、選擇切換)。
圖5為本發(fā)明氦氣管路示意圖。10、11、12分別為主氣艙A、主氣艙B、副氣艙，13為可控氣閥，14為充氣泵，15為氦氣外氣源補(bǔ)給總管。
圖6為肺管型氣管系統(tǒng)示意圖，16為總氣管，17為1級(jí)支級(jí)管，18為2級(jí)支氣管，19為3級(jí)支級(jí)管。級(jí)數(shù)可以據(jù)具體情況設(shè)置。最底層支氣管(末端支氣管)接單元?dú)馇颍?0為最底層支氣管的可自控開閉的截止氣閥，截止氣閥的開閉受飛行器自動(dòng)控制系統(tǒng)和駕駛指令控制。每個(gè)單元?dú)馇騼?nèi)都裝有對(duì)一定濃度空氣成分氣體敏感的空氣氣敏傳感器?？刂平刂箽忾y(20)開閉的原則是同一組氣球充、放氣各氣球氣壓應(yīng)均勻；氣球破裂時(shí)空氣進(jìn)入氣球，單元?dú)馇虻目諝鈿饷魝鞲衅?典型的為氧傳感器)發(fā)出信息、，此信息通過自動(dòng)控制系統(tǒng)控制該氣球的末端支氣管截止氣閥(20)關(guān)閉，截止該氣球的充、放氣流。
五具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的實(shí)施例如下(可對(duì)照說明書附圖1至附圖6)浮力調(diào)控通過二組氣球之間的不同密度，壓力分布實(shí)現(xiàn)的；利用設(shè)定高度或上升、下降命令來進(jìn)行，即通過設(shè)定高度或上升、下降命令控制主、副氣球之間充氣的充氣泵電動(dòng)機(jī)工作、氣球充放氣時(shí)間?？梢酝ㄟ^高度傳感器、PID等調(diào)節(jié)方式取得高度控制信息。
同樣，其自控穩(wěn)衡是運(yùn)用上述傾斜傳感器通過電子控制系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)程序控制“調(diào)控飛行氣流氣泵”噴射到外界的氣流的分布、強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)的。也就是運(yùn)用電子控制系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)程序控制調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)自控穩(wěn)衡的“調(diào)控飛行氣流氣泵”，推動(dòng)調(diào)控飛行氣流氣泵電動(dòng)機(jī)，產(chǎn)生“調(diào)控飛行氣流。調(diào)控飛行氣流氣泵的出氣端通過出氣管道及支管通向分布在飛行器四周方位的、帶可調(diào)控氣量閥門的噴氣嘴；它的進(jìn)氣端通過進(jìn)氣管道通向?qū)ν饨玳_口的進(jìn)氣口，氣球艙的外形為上直徑30米，下直徑6米，厚5米的倒置球臺(tái)；氣球艙頂鋪設(shè)太陽能電池，總輸出最大功率50-60千瓦；氣球艙底與上部長5米、下部長4米、寬2米、高1米的機(jī)艙相連接；機(jī)艙下底與上部長4米，下部長3.5米，寬2米、高2米的座艙相連接。座艙下底沿長度前3米范圍，另附設(shè)裝有長寬同座艙下底，高0.5米的軟氣墊囊。機(jī)艙、座艙沿長度方向的兩端分別定義為飛行器前、后端(本說明書中的“前”“后”的含義都與此一致)。機(jī)艙上頂前、后端與氣球艙前、后側(cè)面的連接面，機(jī)艙上頂與下底的連按面，座艙上頂與下底的連接面均為光滑曲面；其中機(jī)艙上頂前、后端與氣球艙前、后側(cè)面連接的過渡曲面上緣，延伸至氣球艙直徑10米截面位置。此外，在上述結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，機(jī)艙、座艙再另外做出沿長度方向向后延伸的錐形尾1米長(機(jī)艙后端上部的延伸過渡曲面不再重復(fù)向后延伸)；機(jī)艙與座艙后端的錐形尾后緣裝有可用電信號(hào)控制的尾舵。
氣球艙、機(jī)艙、座艙采用碳纖維復(fù)合材料管材或芳綸纖維復(fù)合材料管材制作一體化的整體骨架，以同樣材料的板材作為機(jī)艙、座艙外壁，氣球艙表面、分艙間間隔采用聚酯薄膜或其他高強(qiáng)度膜作蒙皮。氣球艙頂部分面積鋪設(shè)板材。飛行器結(jié)構(gòu)材料均為阻燃防火材料或經(jīng)阻燃防火處理。
沿機(jī)艙、座艙寬度方向，從機(jī)艙、座艙左、右側(cè)面各伸出2米長的機(jī)翼，亦由與機(jī)艙骨架、外壁相同的材料制作其骨架、外殼。機(jī)翼端部與氣球艙側(cè)面經(jīng)過過渡曲面相連。機(jī)翼厚0.3米、寬1米，橫截面的前后部為曲線并與上、下成光滑連接(截面成飛機(jī)翼流線型)。機(jī)翼長和機(jī)艙、座艙長度方向垂直，機(jī)翼寬度中心面對(duì)齊機(jī)艙長度中心面，機(jī)翼厚度中心面對(duì)齊機(jī)艙、座艙交界面。兩機(jī)翼后方均裝有可用電信號(hào)控制的升降舵。
左右機(jī)翼各裝有推進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其帶動(dòng)的螺旋漿推進(jìn)器一部。螺旋漿用碳纖維或芳綸復(fù)合材料制成(可為空心殼結(jié)構(gòu))。螺旋漿在前方，電動(dòng)機(jī)及其螺旋漿置于左右機(jī)翼的圓柱體發(fā)動(dòng)機(jī)室之中；發(fā)動(dòng)機(jī)室嵌在左右機(jī)翼沿機(jī)翼長中心位置，經(jīng)光滑過渡曲面與機(jī)翼表面相連。發(fā)動(dòng)機(jī)室尾部呈錐形。發(fā)動(dòng)機(jī)室的骨架、蒙皮材料與機(jī)翼相同。螺旋漿旋轉(zhuǎn)直徑為1.4米至1.8米，每個(gè)螺旋漿電動(dòng)機(jī)功率為15千瓦至20千瓦。左、右發(fā)動(dòng)機(jī)室至左、右機(jī)翼沿機(jī)翼長遠(yuǎn)端之間的機(jī)翼段的前方、后方、上方、下方位置以及機(jī)翼端與氣球艙相連的過渡曲面上，各設(shè)置有帶可控氣閥的噴氣嘴(兩個(gè)機(jī)翼、5個(gè)方位共10個(gè)機(jī)翼噴氣嘴)。機(jī)翼左、右各噴氣嘴的可控氣閥另一端和左、右機(jī)翼的調(diào)控氣流管道聯(lián)接，左、右調(diào)控氣流管道匯合后通向機(jī)艙內(nèi)的“調(diào)控飛行氣流”氣泵(簡稱氣流泵)的出氣端；該氣流泵的進(jìn)氣端由管道通向進(jìn)氣口，進(jìn)氣口開在機(jī)艙前端、后端兩處，通過可控氣閥切換。
氣球艙頂中心；氣球艙前、后側(cè)面?zhèn)让媾c機(jī)艙前、后側(cè)面相連的過渡曲面上；亦各有一個(gè)帶可控氣閥的噴氣嘴(氣球艙頂及側(cè)面噴氣嘴共合有3個(gè))，都分別與各自的調(diào)控氣流噴氣管道聯(lián)接，各噴氣管道匯合后通向氣流泵的出氣端。氣流泵的兩個(gè)進(jìn)氣口也做成噴氣嘴，通過氣流泵可控氣閥切換進(jìn)氣或噴氣。氣球艙頂噴氣嘴向上噴氣，氣球艙側(cè)面前、后噴氣嘴向下噴氣。
氣流泵的電動(dòng)機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)功率為15千瓦至20千瓦，氣流泵的出氣端還連有供給艙內(nèi)交換空氣的小氣管。
氣球艙又沿垂直方向自上而下分隔為主氣球A組艙、主氣球B組艙和副氣球艙，這3個(gè)氣球艙體積各為氣球艙總體積的三分之一。
氣球艙總體積為24693立方米主氣球A艙B艙、副氣球艙體積則為8231立方米，取為8000，這3個(gè)氣球分艙中的每1個(gè)都容納27個(gè)單元?dú)馇?，它們的充氣體積相等，大部分氣球充氣后為立方體形，少部分分艙邊界附近的氣球形狀可隨邊界呈不規(guī)則形狀。單元?dú)馇蚰び酶邚?qiáng)度高彈性低密度薄膜材料制作。各氣球分艙內(nèi)除裝設(shè)有保證艙室機(jī)械強(qiáng)度的艙內(nèi)支撐構(gòu)件(用管材充當(dāng))外；還裝設(shè)有分隔單元?dú)馇蚩臻g的氣球安裝構(gòu)件(用截面較細(xì)的管材充當(dāng))，每個(gè)單元?dú)馇蚓鶓覓煊谙鄳?yīng)所分隔的空間頂部的構(gòu)件上。一部分單元?dú)馇蚓哂衅綍r(shí)嚴(yán)格密封緊急時(shí)可以人工手動(dòng)打開的緊急放氣嘴。各氣球分艙在水平方向的中心均有一正方截面通道，所有通道連為一體、并進(jìn)入機(jī)艙，在座艙頂開口，作為管道、電路、人員通過的空間；該通道再用縱向間隔分開，分別供管道、電路和人員通過該通道(以下簡稱通道)。通道與各艙、分艙之間均有向通道內(nèi)開啟的門。
座艙底的軟氣墊囊為上端固定于座艙底的軟氣囊，容積為3×2×0.5＝3立方米，容納兩層共8個(gè)長方體形單元空氣袋，它們采用類似于氣球組與充氣泵連接的方式，通過肺管式氣管系統(tǒng)及總管可控氣閥與氣流泵相連；其氣管系統(tǒng)亦分為充氣管系統(tǒng)、排氣管系統(tǒng)，其總氣管繞過座艙尾部夾層進(jìn)入機(jī)艙。
飛行器結(jié)構(gòu)的非整體構(gòu)件之間的聯(lián)接主要采用鉚釘聯(lián)接，在必要時(shí)少數(shù)聯(lián)接采用螺檢聯(lián)接。飛行器結(jié)構(gòu)的構(gòu)件密度、構(gòu)件管材截面、結(jié)構(gòu)蒙皮的截面，鉚釘、螺檢截面均由飛行器載荷(靜載荷、動(dòng)載荷、偶然分布載荷)以及材料機(jī)械性能，由工程力學(xué)計(jì)算確定。飛行器靜總載荷載荷不超過1480公斤。
氣球艙頂可兼作為供乘員觀光的甲板，甲板邊緣有可遙控的自動(dòng)升降護(hù)欄桿，登甲板者均配有安全帶固定于“甲板“。
機(jī)艙內(nèi)主要設(shè)備有氣流泵，充氣泵，氣閥，蓄電池組，控制柜設(shè)備，通信設(shè)備，計(jì)算機(jī)、空調(diào)機(jī)。充氣泵電動(dòng)機(jī)功率為1千瓦至3千瓦。蓄電池組容量為30千瓦時(shí)至50千瓦時(shí)，重量不超過120公斤?？照{(diào)機(jī)用氣流泵管道系統(tǒng)引出的2根分支氣管進(jìn)氣和出氣。
本發(fā)明的飛行器還裝備以下傳感設(shè)備前后、左右水平傾斜度傳感器(典型的采用連通管液面繼電器)，飛行速度及方向傳感器，若干個(gè)加速度傳感器(采用應(yīng)力敏感材料將加速度產(chǎn)生的應(yīng)力變換為電信號(hào))，若干個(gè)距地面高度或距各個(gè)方向鄰近障礙物距離傳感器(采用激光測(cè)距或超聲波測(cè)距裝置)，若干個(gè)環(huán)境氣壓與風(fēng)速傳感器(風(fēng)速傳感器裝在機(jī)翼端與氣球艙聯(lián)接段、機(jī)艙前端、尾端等處)，若干個(gè)環(huán)境靜電傳感器、機(jī)電設(shè)備狀態(tài)傳感器、若干個(gè)外景攝象頭錄音頭。高度傳感器，典型的采用壓力傳感器(高度計(jì))，另還設(shè)有GPS及電子地圖。
座艙前部為駕駛位，駕駛員操縱基本設(shè)備為方向盤(方向盤上抬、下壓控制飛行器上升、下降運(yùn)動(dòng))，通過高度計(jì)設(shè)定其上浮和航行高度，一般航行高度為1000-3000米，控制屏上有多個(gè)控制鍵，調(diào)速手輪(切換多用)，儀表和腳踏剎車器，若干個(gè)平板顯示屏，視頻頭，話筒，揚(yáng)聲器；控制屏抽屆中有可以抽出的計(jì)算機(jī)鍵盤、鼠標(biāo)。
座艙內(nèi)物品盡量用非金屬彈性材料。座艙內(nèi)容積(未包含錐形尾)為長2.5米，寬1.8米，高1.8米。沿長度方向設(shè)置3排座椅。前排為駕駛位及兩旁可翻起式座椅。中排為乘客座位及可翻起式座椅；后排為臥席，臥席底部為食物、水、水籠頭、高空工作服等用具貯藏箱。中排座椅靠背與椅下前側(cè)板結(jié)構(gòu)相同，均可翻動(dòng)為靠背(帶與翻起座椅相應(yīng)的，可翻開、收起的延長靠背)、側(cè)板、床板，中排座椅還可整體前后移。艙左、右壁有可翻起桌面。座艙密封，空調(diào)機(jī)的內(nèi)連、排氣孔在座艙頂部前、后端開口。后排臥席之后有門通向座艙錐形尾部分空間的門，由門可進(jìn)入座艙錐形尾空間(長1米，高1.8米，寬由2米收縮至零)中的衛(wèi)生間，衛(wèi)生間馬桶直接向空中排放。衛(wèi)生間的門與馬桶應(yīng)分別在寬度方向的兩端。備用小型內(nèi)燃發(fā)電機(jī)(容量約1千瓦至3千瓦)、燃油箱從機(jī)艙尾錐空間穿入座艙尾錐空間，進(jìn)油管在座艙尾錐底部(寬度中心)開口；外界氣源進(jìn)氣管道，外界充電電源及給水亦在此接口。座艙并附有軟梯。
本實(shí)施例的飛行器采用裝備專用應(yīng)用軟件的計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制(但電氣設(shè)備再備用一套不經(jīng)計(jì)算機(jī)的直控系統(tǒng))，執(zhí)行器采用多級(jí)固態(tài)繼電器，固態(tài)繼電器與計(jì)算機(jī)I/O接口之間用專用編碼器(集成電路)、譯碼器(集成電路)、信道連接。終端固態(tài)繼電器控制各電動(dòng)機(jī)，各電動(dòng)可控氣閥，各輔助操縱的伺服微電動(dòng)機(jī)。各種傳感器信號(hào)采用信息處理器，將模擬信息變?yōu)閿?shù)字信號(hào)的信息處理電路變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，再經(jīng)編碼器編碼后，進(jìn)入計(jì)算機(jī)I/O接口。編碼器、譯碼器、信息處理器、固態(tài)繼電器均在控制柜中。通過高度計(jì)(典型的為氣壓計(jì))與操作設(shè)定的高度作比較，從而通過控制氣球的氣壓分布(上浮時(shí)將氣體放至自由膨脹氣球，反之向壓力球體中加壓)來控制飛船的升或降。
本發(fā)明飛行器裝備有無線電遙控器，遙控器可以代替駕駛操縱設(shè)備使駕駛員處在飛行器的任何部位進(jìn)行駕駛操作。
本發(fā)明駕駛控制與自動(dòng)控制的主要控制系統(tǒng)如下(1)速度控制由駕駛員的飛行速度指令(或預(yù)設(shè)程序)和傳感器的飛行速度信息，變換為推進(jìn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速指令(加速、減速、停止)。
(2)方向控制由駕駛員的飛行方向指令(或預(yù)設(shè)程序)和傳感器的飛行方向信息，變換為尾舵運(yùn)動(dòng)指令。
(3)直行自控由傳感器的加速度信息，變換為左、右推進(jìn)電動(dòng)機(jī)的差異調(diào)速指令(實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的直線飛行)(4)高度控制由駕駛員的飛行高度指令(或預(yù)設(shè)程序)和傳感器的飛行高度信息，變換為充氣電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)指令和相應(yīng)可控氣閥的開、關(guān)指令。
(5)平穩(wěn)自控由傳感器的飛行傾斜信息、風(fēng)速信息，變換為氣流泵的起動(dòng)指令及相應(yīng)可控氣閥的開、關(guān)指令(實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)飛行)和水平舵運(yùn)動(dòng)指令。
(6)避讓(又分為避讓、剎車)自控由傳感器的距障礙物信息(包括地面)和整定的安全距離信息，變換為推進(jìn)電動(dòng)機(jī)、氣流泵、充氣泵的起動(dòng)調(diào)速指令及相應(yīng)可控氣閥的開關(guān)指令，即對(duì)原來運(yùn)動(dòng)速度、方向的合理修改指令。當(dāng)駕駛指令及電氣設(shè)備直控指令與避讓指令不一致時(shí)控制系統(tǒng)機(jī)制保證服從后者。
(7)電氣設(shè)備電流、電壓、熱保護(hù)，及其他安全保護(hù)自動(dòng)控制系統(tǒng)。
(8)無人駕駛自動(dòng)飛行控制在無駕駛指令時(shí)，自動(dòng)將駕駛指令信道切換到自動(dòng)飛行信息整定設(shè)備(也是一種信息處理器)，這時(shí)飛行器按原行方向、速度、高度飛行并進(jìn)行直行自控，平穩(wěn)飛行自控、避讓自控。若方向、速度、高度發(fā)生漂移，則有兩種方式消除漂移，跟隨漂移。
本實(shí)施例適用于載客4至5人(客貨總重不超過300公斤)，飛行海拔高3000米以下。
本發(fā)明還可以有其他實(shí)施例，如增加總體尺寸大小及功率，增加運(yùn)載量；增加等容積副氣球分艙及副氣球組數(shù)目1個(gè)、2個(gè)，使飛行高度增至7000米，10千米左右。還可減小總體尺寸、功率做成單人飛行器。為了增加安全性，座艙內(nèi)還可設(shè)置安全氣囊。本發(fā)明還可以有采用不同與前述實(shí)施例外觀造型的其它外觀造型的實(shí)施例。本發(fā)明所有實(shí)施例的外觀造型還應(yīng)當(dāng)通過空氣動(dòng)力學(xué)計(jì)算、試驗(yàn)后，進(jìn)行一定的調(diào)整。
本發(fā)明的采用燃油為能源，采用內(nèi)燃機(jī)為發(fā)動(dòng)機(jī)和實(shí)施例如下所述氣艙直徑為20米，高度為5米，其余尺寸同前述采用太陽能的實(shí)施例。氣艙鋪設(shè)少量太陽能電池。蓄電池超過20公斤、10千瓦時(shí)。左、右螺旋漿的發(fā)動(dòng)機(jī)(推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī))多為20-30馬力4沖程內(nèi)燃機(jī)，它們各拖帶自用電發(fā)電機(jī)一部。充氣泵動(dòng)力機(jī)為3-5千瓦電機(jī)。氣流泵由螺旋漿發(fā)動(dòng)機(jī)兼作為其動(dòng)力機(jī)，由自控氣閥控制其進(jìn)出氣，當(dāng)無需以氣流調(diào)控飛行時(shí)，此氣泵出氣通向螺旋漿正對(duì)機(jī)翼后方。其余結(jié)構(gòu)與前述太陽能實(shí)施例相同。其總載高可超過900公斤，載客貨不超過200公斤，載客2-3人。
權(quán)利要求
1.可控浮力、自控穩(wěn)衡氦氣藍(lán)天飛船，設(shè)有輕于空氣的氣球產(chǎn)生浮力的浮力裝置、動(dòng)力裝置、載人或載人兼載物裝置；動(dòng)力裝置以電動(dòng)機(jī)或內(nèi)燃機(jī)帶動(dòng)螺旋漿或氣流泵噴氣機(jī)為動(dòng)力；浮力裝置及浮力控制裝置至少設(shè)有兩組浮力氣體容器——軟體氣球或軟體、硬體氣球，不同氣球組之間由管道連接，在管道上串聯(lián)壓力泵、即充氣泵和充放氣閥門，依靠充氣氣球產(chǎn)生浮力，浮力氣體在充氣泵壓力作用下實(shí)現(xiàn)在不同氣球組的不同壓力、密度分布，從而自動(dòng)控制浮力；浮力裝置下部連接載人或載人兼載物容器，浮力調(diào)控是運(yùn)用電子控制系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)程序控制調(diào)節(jié)浮力氣體在各組氣球之間的不同密度，壓力分布實(shí)現(xiàn)的；設(shè)有實(shí)現(xiàn)自控穩(wěn)衡的“調(diào)控飛行氣流氣泵”，它的出氣端通過出氣管道及支管通向分布在飛行器周圍方位的、帶可調(diào)控氣量閥門的噴氣嘴，它的進(jìn)氣端通過進(jìn)氣管道通向?qū)ν饨玳_口的進(jìn)氣口；其自控穩(wěn)衡是運(yùn)用電子控制系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)程序控制“調(diào)控飛行氣流氣泵”噴射到外界的氣流的分布、強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)的。
2.由權(quán)利要求1所述的可控浮力、自控穩(wěn)衡氦氣藍(lán)天飛船，其特征是容納所有氣球的氣球艙空間具有扁平的形狀，有一個(gè)大面積平頂，平頂上裝設(shè)太陽能電池，設(shè)蓄電池和小型內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組作為備用電源。
3.由權(quán)利要求1所述的可控浮力、自控穩(wěn)衡氦氣藍(lán)天飛船，其特征是浮力氣體容器氣球均為彈性膜制作的軟體氣球，這些氣球分為多組，即主氣球A組與主氣球B組與副氣球若干組；每組氣球組由若干個(gè)氣球組成，簡稱單元?dú)馇?，采用類似?dòng)物肺部氣管的肺管式氣管將單元?dú)馇蚵?lián)接到總氣管。肺管式氣管與總氣管有兩套，一套是充氣氣管，另一套是排氣氣管。
4.由權(quán)利要求3所述的可控浮力、自控穩(wěn)衡氦氣藍(lán)天飛船，其特征是所有支氣管末端與氣球的聯(lián)接，均采用類似自行車、汽車胎的雞腸氣門芯聯(lián)接。凡是氣進(jìn)入氣球的通道，氣門芯出口在氣球內(nèi)；凡是氣流出氣球的通道，氣門芯出口在氣球外。充氣泵進(jìn)口還有一根帶可控氣閥的分支管，作為外界氣源進(jìn)氣的管道。
5.由權(quán)利要求3或4所述的可控浮力、自控穩(wěn)衡氦氣藍(lán)天飛船，其特征是各單元?dú)馇蚣捌湎噙B的末端支氣管，其特征是每個(gè)單元?dú)馇騼?nèi)都裝有對(duì)一定濃度空氣成分氣體敏感的空氣氣敏傳感器；每個(gè)單元?dú)馇蛳噙B的末端支氣管均有可自控開閉的截止氣閥，截止氣閥的開閉受飛行器自動(dòng)控制系統(tǒng)和駕駛指令控制。
6.由權(quán)利要求1所述的可控浮力、自控穩(wěn)衡氦氣藍(lán)天飛船，其特征是所述動(dòng)力裝置中的電動(dòng)機(jī)有3種，即主、副氣球之間充氣的充氣泵電動(dòng)機(jī)(以下簡稱充氣電動(dòng)機(jī))、推動(dòng)螺旋漿推進(jìn)器的電動(dòng)機(jī)(以下簡稱推進(jìn)電動(dòng)機(jī))，推動(dòng)產(chǎn)生“調(diào)控飛行氣流”的氣泵的電動(dòng)機(jī)(以下簡稱氣流電動(dòng)機(jī))。
7.由權(quán)利要求1所述的可控浮力、自控穩(wěn)衡氦氣藍(lán)天飛船，其特征是其結(jié)構(gòu)由管材構(gòu)架和板材或薄膜蒙皮組成，并形成聯(lián)為一體的3個(gè)艙室即氣球艙、機(jī)艙、座艙，軟體氣球置于氣球艙內(nèi)。飛行器外殼有防靜電涂層。
8.由權(quán)利要求1所述的可控浮力、自控穩(wěn)衡氦氣藍(lán)天飛船，其特征是裝有固定在“飛行器的骨架外殼”或“與飛行器骨架、外殼相連接的附屬結(jié)構(gòu)”上的螺旋漿推進(jìn)器。
9.由權(quán)利要求3或4所述的可控浮力、自控穩(wěn)衡氦氣藍(lán)天飛船，其特征是最底層支氣管(末端支氣管)接單元?dú)馇颍畹讓又夤茉O(shè)可自控開閉的截止氣閥，截止氣閥的開閉受飛行器自動(dòng)控制系統(tǒng)和駕駛指令控制。每個(gè)單元?dú)馇騼?nèi)都裝有對(duì)一定濃度空氣成分氣體敏感的空氣氣敏傳感器?？刂平刂箽忾y開閉的原則是同一組氣球充、放氣各氣球氣壓應(yīng)均勻；氣球破裂時(shí)空氣進(jìn)入氣球，單元?dú)馇虻目諝鈿饷魝鞲衅靼l(fā)出信息，此信息通過自動(dòng)控制系統(tǒng)控制該氣球的末端支氣管截止氣閥關(guān)閉，截止該氣球的充、放氣流。
全文摘要
本發(fā)明為太陽能可控浮力、自控穩(wěn)衡氦氣藍(lán)天飛船，設(shè)有輕于空氣的氣球產(chǎn)生浮力的浮力裝置、動(dòng)力裝置、載人或載人兼載物裝置，浮力裝置及浮力控制裝置至少設(shè)有兩組浮力氣體容器——軟體氣球或軟體、硬體氣球，不同氣球組之間由管道連接，在管道上串聯(lián)壓力泵、即充氣泵和充放氣閥門，依靠充氣氣球產(chǎn)生浮力，浮力氣體在充氣泵壓力作用下實(shí)現(xiàn)在不同氣球組的不同壓力、密度分布，從而自動(dòng)控制浮力；浮力調(diào)控是運(yùn)用電子控制系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)程序控制調(diào)節(jié)浮力氣體在各組氣球之間的不同密度，壓力分布實(shí)現(xiàn)的；設(shè)有實(shí)現(xiàn)自控穩(wěn)衡的“調(diào)控飛行氣流氣泵”，它的出氣端通過出氣管道及支管通向分布在飛行器周圍方位的、本發(fā)明廉價(jià)、能源環(huán)保，安全性好。
文檔編號(hào)B64B1/00GK1765699SQ20051004122
公開日2006年5月3日 申請(qǐng)日期2005年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月28日
發(fā)明者沈驪天 申請(qǐng)人:南京大學(xué)