本發(fā)明涉及飛行器浮空器領域，特別涉及一種內置龍骨的加筋平流層飛艇。

背景技術：

平流層飛艇駐留空域處于20km以上，此高度處的空氣密度是海平面大氣的二十分之一，一般而言，平流層飛艇體積巨大才能提供足夠的浮力承載自身結構重量及載荷設備等負載。巨大的體積也使得飛艇的強度對所承受的壓力載荷因環(huán)境變化而十分敏感，即較小的環(huán)境因素變化導致應力大幅增加，飛艇的強度受到極大挑戰(zhàn)。

根據(jù)工程力學原理，旋成體外形的平流層飛艇的最大應力與飛艇環(huán)向橫截面最大的曲率半徑相關，隨著平流層飛艇尺寸增大，所述最大曲率半徑增大，導致蒙皮承受的應力載荷大幅增加，在現(xiàn)有高強蒙皮材料的極限強度條件下，艇體的尺寸受到了限制，難以突破更大尺寸滿足大負載要求等任務需求，更進一步的，輕質高強材料的研制屬于基礎領域，難以短時間突破。因此如何在現(xiàn)有材料的基礎上實現(xiàn)飛艇尺寸的大幅增大，是現(xiàn)在的技術研究熱點。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在解決上述問題，本發(fā)明從影響應力載荷的因素入手，通過限制曲率半徑增幅這一角度對技術進行突破，提供了一種在艇體橫截面上具有小曲率半徑的大型平流層飛艇。

本發(fā)明涉及一種內置龍骨的加筋平流層飛艇，其主要由剛性桁架支撐龍骨、飛艇囊體、太陽能電池、儲能電池、動力推進系統(tǒng)和航電系統(tǒng)組成，飛艇囊體由鼓包式蒙皮形成，鼓包式蒙皮上設有多個帶條形鼓包，每個帶條形鼓包沿平流層飛艇的長度方向設置，多個帶條形鼓包沿飛艇外周環(huán)形排列。

優(yōu)選，平流層飛艇還包括多個加強筋繩，每個加強筋繩均沿平流層飛艇的長度方向設置，且貼合設置于鼓包式蒙皮的外表面的相鄰兩個帶條形鼓包之間，多個加強筋繩的兩端分別匯集連接于剛性桁架支撐龍骨的兩端。

優(yōu)選，飛艇囊體整體呈梭形，并于梭形的兩端形成鼻錐和尾錐；平流層飛艇還設有鼻錐處接口轉接件和尾錐處接口轉接件，桁架支撐龍骨在飛艇囊體的鼻錐處和尾錐處分別貫穿鼓包式蒙皮，并通過鼻錐處接口轉接件和尾錐處接口轉接件與鼓包式蒙皮密封固定。

多個加強筋繩的兩端分別通過鼻錐處接口轉接件和尾錐處接口轉接件連接在剛性桁架支撐龍骨上。

優(yōu)選，飛艇囊體內的桁架支撐龍骨的中部位置設有載荷能源艙轉接接口，載荷能源艙轉接接口上連接有載荷能源艙。

優(yōu)選，鼓包式蒙皮為聚乙烯薄膜、多層復合薄膜、涂層織物或層壓織物中的一種。

優(yōu)選，加強筋繩為超高模高分子量聚乙烯纖維、聚對苯撐苯并雙口惡唑纖維、聚芳酯纖維或芳綸纖維中的一種。

優(yōu)選，桁架支撐龍骨包括桁架和鋁合金接頭，桁架為碳纖維桁架或輕質合金桁架。

優(yōu)選，桁架支撐龍骨對應飛艇囊體的鼻錐處和尾錐處分別設有鼻錐密封轉接接口和尾錐密封轉接接口，鼻錐密封轉接接口和尾錐密封轉接接口分別與鼻錐接口轉接件和尾錐接口轉接件連接。

桁架支撐龍骨上飛艇囊體外還設有太陽能電池組件轉接接口和動力推進系統(tǒng)轉接接口，太陽能電池組件轉接接口與太陽能電池組件連接，動力推進系統(tǒng)轉接接口與動力推進系統(tǒng)連接。

優(yōu)選，每個帶條形鼓包的曲率半徑沿該加強筋繩的母線方向呈固定或者動態(tài)變化。

優(yōu)選，多個帶條形鼓包的個數(shù)為30～50個。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

1.鼓包式蒙皮對比常規(guī)平滑蒙皮，減小了曲率半徑，因此大幅減小了蒙皮承受的應力載荷，使蒙皮能夠長時間地承受超壓狀態(tài)，為飛艇尺寸的增大提供了可能。

2.加強筋繩能夠分擔蒙皮的大部分載荷，減少對蒙皮的強度要求，因此可以免去大型飛艇對蒙皮的整體加強要求。

3.加強筋繩能夠減少平流層飛艇全系統(tǒng)的結構重量，貼合加強筋繩的飛艇蒙皮與內置龍骨組成自平衡結構，受力合理。

4.內置載荷能源艙等艙位，合理利用平流層飛艇的內置空間，減小艇體的外部及底部的附屬結構，可以大幅減小全系統(tǒng)的飛行阻力。

附圖說明

通過閱讀下文優(yōu)選實施方式的詳細描述，各種其他的優(yōu)點和益處對于本領域普通技術人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優(yōu)選實施方式的目的，而并不認為是對本發(fā)明的限制。而且在整個附圖中，用相同的參考符號表示相同的部件。在附圖中：

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的一種內置龍骨的加筋平流層飛艇的示意圖；

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的一種內置龍骨的加筋平流層飛艇的截面圖；

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的一種內置龍骨的加筋平流層飛艇的桁架支撐龍骨的示意圖。

具體實施方式

下面將參照附圖更詳細地描述本公開的示例性實施方式。雖然附圖中顯示了本公開的示例性實施方式，然而應當理解，可以以各種形式實現(xiàn)本公開而不應被這里闡述的實施方式所限制。相反，提供這些實施方式是為了能夠更透徹地理解本公開，并且能夠將本公開的范圍完整的傳達給本領域的技術人員。

根據(jù)本發(fā)明的實施方式，提出一種內置龍骨的加筋平流層飛艇1，如圖1所示，本發(fā)明的內置龍骨的新型加筋平流層飛艇1具體包括：桁架支撐龍骨2，鼓包式蒙皮3，太陽能電池組件5，動力推進系統(tǒng)6，能源載荷艙7，鼻錐處接口轉接件8，尾錐處接口轉接件9，參考圖1-圖3所示，鼓包式蒙皮3包裹形成紡錘形的飛艇囊體，飛艇囊體的前部尖端為飛艇的鼻錐，飛艇囊體的后部尖端位飛艇的尾錐，桁架支撐龍骨2在飛艇的鼻錐和尾錐處貫穿飛艇囊體，桁架支撐龍骨2中間部分提供吊艙接口可以較好使用飛艇的內部空間，桁架支撐龍骨2的端部貫出飛艇囊體，端部布置太陽能電池組件5與動力推進系統(tǒng)6。

平流層飛艇1還包括多個加強筋繩4，每個加強筋繩4均沿飛艇1的長度方向設置，且貼合設置于鼓包式蒙皮3的外表面的相鄰兩個帶條形鼓包之間多個，多個加強筋繩4的兩端分別匯集并固定在飛艇鼻錐和尾錐的轉接件上，進而與剛性桁架支撐龍骨2固定。

在垂直于桁架支撐龍骨2的剖面上，多個帶條形鼓包的曲率半徑沿加強筋繩4的母線方向呈現(xiàn)固定或動態(tài)變化，這些帶條形鼓包的曲率半徑均小于外表面不設有加強筋繩時的蒙皮形成飛艇囊體時的曲率半徑，因此這樣的設置，可以降低囊體各處的蒙皮的曲率半徑，進而極大限度的減小應力載荷。

加強筋繩的設置，可以使鼓包式蒙皮3所承擔的應力載荷被轉移至加強筋繩4處，只需對加強筋繩4進行強化處理而非對全部蒙皮強化處理，這樣可以極大提高材料利用率，降低平流層飛艇的結構重量。

桁架支撐龍骨2貫出飛艇囊體時，在平流層囊體的鼻錐和尾錐處的鼓包式蒙皮3進行開口，桁架支撐龍骨2在對應的兩個開口處設置有轉接接口，即鼻錐密封轉接接口15和尾錐密封轉接接口16，平流層囊體的鼻錐和尾錐處的鼓包式蒙皮開口分別連接有鼻錐接口轉接件8和尾錐接口轉接件9，鼻錐接口轉接件8和鼻錐密封轉接接口15連接，尾錐接口轉接件9與尾錐密封轉接接口16連接，從而實現(xiàn)飛艇囊體和桁架支撐龍骨2之間密封連接。

加強筋繩4的兩端分別通過鼻錐接口轉接件8和尾錐接口轉接件9與桁架支撐龍骨2固定連接，使蒙皮鼓包及加強筋繩4結構所產生的縱向力被貫穿的桁架支撐龍骨2所承擔，分擔蒙皮自身承擔的壓力，降低對蒙皮材料強度的要求。

通常情況下，飛艇上帶條形鼓包的個數(shù)30至50個，在本實施例飛艇中，帶條形鼓包為30個。

再如圖3所示，飛艇囊體內桁架支撐龍骨2的中間布置載荷能源艙轉接接口14與載荷能源艙7相連；飛艇囊體外桁架支撐龍骨2上布置太陽能電池組件轉接接口17和動力推進系統(tǒng)轉接接口18，太陽能電池組件轉接接口17與太陽能電池組件5連接，動力推進系統(tǒng)轉接接口18與動力推進系統(tǒng)6連接。太陽能電池組件轉接接口17在桁架支撐龍骨2的兩個端部突出部分對稱布置，因此太陽能電池組件5在桁架支撐龍骨2兩個端部對稱設置。動力推進系統(tǒng)轉接接口18在桁架支撐龍骨2上對稱布置，并分別位于太陽能電池組件轉接接口17和飛艇囊體之間，因此動力推進系統(tǒng)6位于太陽能電池組件5和飛艇囊體之間。動力推進系統(tǒng)6由矢量裝置、動力裝置、螺旋槳組成。

在本實施例中，桁架支撐龍骨2采用碳纖維桁架或輕質合金金屬桁架和鋁合金接頭組成，用于承載囊體壓差載荷，鼓包式蒙皮3的蒙皮使用聚乙烯薄膜、多層復合薄膜、涂層織物或層壓織物中的一種材料制成，鼓包式蒙皮3的加強筋繩4由超高模高分子量聚乙烯纖維、聚對苯撐苯并雙口惡唑纖維、聚芳酯纖維或芳綸纖維中的一種材料制成。

在本發(fā)明的另外的一個實施例飛艇中，太陽能電池組件5安裝在飛艇囊體內部桁架支撐龍骨2上，如此設計可以減小飛艇整體尺寸，多個帶條形鼓包的曲率半徑沿加強筋繩4的母線方向呈動態(tài)變化，該飛艇的其他設置與加筋平流層飛艇1相同。

綜上所述，本發(fā)明的平流層飛艇具有以下有益效果：

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

1.鼓包蒙皮可以緩解常規(guī)平滑蒙皮的曲率半徑，大幅減小壓力引起引力載荷，能長時間承受超壓狀態(tài)，為飛艇尺寸的增大提供了可能。

2.加強筋繩能夠分擔蒙皮的大部分載荷，減少對蒙皮的強度要求，因此可以免去大型飛艇對蒙皮的整體加強要求。

3.加強筋繩能夠減少平流層飛艇全系統(tǒng)的結構重量，貼合加強筋繩的飛艇蒙皮與內置龍骨組成自平衡結構，受力合理。

4.內置載荷能源艙等艙位，合理利用平流層飛艇的內置空間，減小艇體的外部及底部的附屬結構，可以大幅減小全系統(tǒng)的飛行阻力。

以上僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應以權利要求的保護范圍為準。