一種氫能源飛艇的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及浮空器設(shè)計領(lǐng)域，具體涉及一種氫能源飛艇。
【背景技術(shù)】
[0002]飛艇是一種具有推進和飛行控制裝置的浮空器，就其結(jié)構(gòu)而言，通常包括充有氦氣的艇體、位于艇體下方的吊艙、起穩(wěn)定控制作用的尾翼和提供動力的推進系統(tǒng)。飛艇因其良好的可靠性和安全性，以及可進行定點懸停的特點，廣泛應(yīng)用于目前的航拍、測繪、廣告等領(lǐng)域中。
[0003]近年來，隨著民眾環(huán)保意識的增強和電動推進技術(shù)的進步，以及平流層高度飛行研宄熱潮的到來，電動飛艇成為目前飛艇研宄領(lǐng)域的熱點。
[0004]但是，目前電動飛艇的研制尚有許多待攻克的關(guān)鍵技術(shù)，其中就包括能源和高度保持等技術(shù)問題。
[0005]就目前的平流層飛艇的高度保持問題，具體為:由于目前飛艇結(jié)構(gòu)中，其艇體通常為封閉式的結(jié)構(gòu)，即，在艇體內(nèi)充滿氣體后就將整個艇體封閉，不能夠?qū)崟r的對艇體內(nèi)部的氣體進行調(diào)節(jié)，而在飛艇前進或者懸浮過程中，其所處環(huán)境和時間段各有不同，當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時，根據(jù)PV = nRT (克拉伯龍方程)，其中P為氣體壓強，V為氣體體積，η為氣體的物質(zhì)的量，T為體系溫度，R為比例系數(shù)，可知，當(dāng)溫度升高時，艇體的體積V將會增大，而當(dāng)溫度降低時，艇體的體積V將會縮小，再根據(jù)阿基米德浮力計算公式F= P gV可知，當(dāng)艇體的體積V增大時，飛艇受到的浮力增大，此時，飛艇豎直方向上的平衡被打破，飛艇呈上升趨勢；而當(dāng)環(huán)境溫度降低時，艇體的體積V收縮，飛艇所受到的浮力減小，此時，飛艇豎直方向上的平衡也會被打破，飛艇呈下降趨勢。正因于此，使得目前飛艇的高度保持問題一直難以解決。
[0006]如中國實用新型專利《一種太陽能旋翼充氣軟體無人飛艇》，專利號為:CN201420669969.3，其飛艇結(jié)構(gòu)，包括艇身前部和中部充有氦氣的無人飛艇，所述無人飛艇艇身呈中部下凹的三角形，艇身上設(shè)有太陽能采集和存儲裝置、上升旋翼、前推旋翼、擺動尾翼和視頻采集傳輸系統(tǒng)，利用太陽能為無人飛艇長時間巡檢提供動力，滯空時間長，且具有上升旋翼和擺動尾翼，可精確調(diào)整懸停位置，減小震動，有利于采集到清晰的圖像。在該專利中，在溫度發(fā)生變化時，其艇身依然會發(fā)生變化，雖然其在豎直方向上設(shè)置有上升旋翼，但是該上升旋翼只能在飛艇需要上升動力時，提供動力輸出，而并不能對高度保持提供任何幫助。
[0007]另一方面，目前的電動飛艇設(shè)計均采用氦氣作浮升氣體、太陽能薄膜電池或鋰電池作能源，電動機作動力的技術(shù)方案:
[0008]如中國實用新型專利《太陽能電動飛艇》，專利號:CN200820083421.5，其公開了一種太陽能電動飛艇，包括氣囊構(gòu)造的艇體，在艇體的上表面覆貼太陽能電池層，艇體中部設(shè)有駕駛艙、氦氣充氣裝置和電能儲存裝置，尾部設(shè)有推進器；艇體下部裝有四條智能伸縮支腿和四個平衡推進器，在尾部推進器后方設(shè)有方向舵。該實用新型由于在艇體的上表面覆貼太陽能電池層，白天靠太陽能電池供電，夜間靠蓄電池供電，可減小艇載蓄電池的體積和重量，一次續(xù)航距離延長。
[0009]再如中國發(fā)明專利《一種飛艇太陽能光伏電池?zé)峥刂品椒ā罚瑢＠?CN201410129192.6，其公開了一種飛艇太陽能光伏電池?zé)峥刂品椒?，在太陽能光伏電池與飛艇蒙皮之間留有間距，太陽能光伏電池沿飛艇軸向連續(xù)鋪設(shè)，或斷續(xù)鋪設(shè)周向形成太陽能光伏電池陣列，太陽能光伏電池與飛艇蒙皮之間通過若干均勻分布的連接組件連接；該發(fā)明通過在飛艇蒙皮與太陽能光伏電池之間留有間距，以降低太陽能光伏電池溫度，提高電效率，同時消除太陽能光伏電池廢熱向飛艇浮升氣體的傳遞；另一方面，不要求太陽能光伏電池為柔性，降低了太陽能光伏電池制造難度。
[0010]正如上述兩個專利文件所述的飛艇結(jié)構(gòu)，由于飛艇是采用太陽能作為動力源，需要在飛艇上布置大面積的太陽能薄膜電池和相應(yīng)的蓄電池組，以及相應(yīng)的電動機，而正因于此使得目前電動飛艇都存在著顯著缺點:1)太陽能薄膜電池效率低，所需鋪設(shè)面積非常大，造成能源重量非常大，而且太陽能薄膜電池由一個個單體拼接而成鋪裝困難、易損、可靠性低且鋪裝后維護不便；2)鋰電池比能量小，重量大，造價高，而且具有充電次數(shù)限制；3)電動機功率密度低，推進功率較大時所需動力裝置的重量較大。所以，在目前的電動飛艇中，能源和動力裝置具有較重的重量，首先是降低了其負(fù)載能力，而且還使得飛艇的制造成本昂貴，后期維護困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的在于，針對目前電動飛艇存在的上述問題，即具有良好的高度保持能力，又能夠減輕能源和動力裝置重量，并且動力持久，后期維護方便的飛艇。
[0012]為達到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為:
[0013]一種氫能源飛艇，包括有艇體和設(shè)置在所述艇體上的吊艙，所述艇體包括主氣囊和副氣囊，所述主氣囊內(nèi)充有氫氣作為浮升氣體，所述副氣囊內(nèi)充有空氣，所述吊艙上設(shè)置有驅(qū)動飛艇前進的推進裝置和為所述推進裝置提供動力的動力系統(tǒng)，所述動力系統(tǒng)為采用氫氣作為燃料，所述動力系統(tǒng)與所述主氣囊之間通過設(shè)置輸氣管道接通。
[0014]在本申請的上述方案中，浮升氣體為氫氣，動力系統(tǒng)使用氫氣作為燃料，首先是氫氣作為燃料，其燃燒后的產(chǎn)物為水，不會帶來任何污染，所以使得本申請的飛艇具有良好的環(huán)保性能；更為重要的是，在本方案中，飛艇的動力系統(tǒng)采用的是氫氣作為燃料，較傳統(tǒng)的太陽能電力飛艇而言，本申請的飛艇不需要布置大面積的太陽能電池薄膜，直接大幅減輕了本申請飛艇結(jié)構(gòu)的重量，減小了飛艇的載重負(fù)擔(dān)；而且還使得飛艇結(jié)構(gòu)簡單，降低了制造成本，方便制造和后期的維護工作；而且，以氫氣作為燃料的動力系統(tǒng)，氫氣具有較高的能量密集度，所以較采用儲能電池的動力系統(tǒng)而言，可顯著減少能源重量，也進一步的減輕了本申請飛艇結(jié)構(gòu)的重量；
[0015]再一方面，在本申請的上述方案中，主氣囊內(nèi)浮升氣體和動力系統(tǒng)的燃料都為氫氣，并且動力系統(tǒng)與主氣囊之間通過設(shè)置輸氣管道接通，使得主氣囊內(nèi)的氫氣與動力系統(tǒng)內(nèi)的氫氣之間可以相互流通，也就是說，可以通過動力系統(tǒng)控制主氣囊內(nèi)的氫氣量，使主氣囊的體積發(fā)生變化，進而實現(xiàn)對飛艇進行控制，進一步詳細(xì)的說明，本申請的飛艇結(jié)構(gòu)中，當(dāng)主氣囊中的氫氣進入到動力系統(tǒng)中時，艇體的體積減小，進而使飛艇呈下降趨勢；同理，當(dāng)動力系統(tǒng)中的氫氣進入到主氣囊中時，艇體的體積增大，進而使飛艇呈上升趨勢。
[0016]基于上述，使得，本申請所述涉及的飛艇在實際飛行環(huán)境中，當(dāng)環(huán)境溫度升高，艇體的體積增大，使得飛艇具有升高的趨勢時，此時使主氣囊內(nèi)的部分氫氣進入到動力系統(tǒng)之中，以平衡艇體的體積變化，進而避免艇體的體積增大，如此，消除飛艇升高的趨勢，達到保持飛艇高度的目的；同理，當(dāng)環(huán)境溫度降低，艇體的體積減小時，使得飛艇具有下降的趨勢，此時是動力系統(tǒng)中的氫氣進入主氣囊，以平衡艇體的體積變化，進而避免艇體的體積減小，如此，消除飛艇下降的趨勢，達到保持飛艇高度的目的。
[0017]綜上所述，本申請的飛艇結(jié)構(gòu)，采用氫氣作為浮升氣體和燃料，并且，作為燃料的氫氣和作為浮升氣體的氫氣可以相互轉(zhuǎn)換，如此，使得本申請的飛艇結(jié)構(gòu)不僅能夠良好的控制飛行高度，具有良好的高度保持能力，而且還減輕了飛艇結(jié)構(gòu)的重量，減小了飛艇的載重負(fù)擔(dān)，使得飛艇結(jié)構(gòu)簡單，方便制造和后期的維護。
[0018]作為本申請進一步的優(yōu)選方案，所述動力系統(tǒng)包括有氣體壓縮裝置，所述氣體壓縮裝置與所述主氣囊通過所述輸氣管道接通。在本方案中，動力系統(tǒng)包括有氣體壓縮裝置，如此，通過氣體壓縮裝置實現(xiàn)氫氣在主氣囊與動力系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換。
[0019]作為本申請進一步的優(yōu)選方案，所述動力系統(tǒng)包括有第一儲氣裝置，所述第一儲氣裝置內(nèi)充有氫氣作為所述動力系統(tǒng)的燃料，所述第一儲氣裝置與所述氣體壓縮裝置接通。在本方案中，動力系統(tǒng)包括第一儲氣裝置，第一儲氣裝置內(nèi)充有氫氣作為動力系統(tǒng)的燃料，即，在需要減小飛艇艇體體積時，通過氣體壓縮裝置，將主氣囊內(nèi)的氫氣壓縮進入第一儲氣裝置，而在在需要增大艇體體積時，再通過氣體壓縮裝置，將第一儲氣裝置內(nèi)的氫氣壓縮進入主氣囊。
[0020]作為本申請的進一步優(yōu)選方案，所述動力系統(tǒng)還包括有與所述推進裝置相配合的動力裝置。由動力裝置為推進裝置提供動力輸出。
[0021]作為本申請的進一步優(yōu)選方案，所述動力裝置為氫燃料發(fā)動機，所述動力裝置與所述第一儲氣裝置通過設(shè)置輸氣管道連接。使得第一儲氣裝置內(nèi)的氫氣作為動力裝置的燃料。
[0022]作為本申請的進一步優(yōu)選方案，所述動力系統(tǒng)還包括有電池組件，所述電池組件與所述氣體壓縮裝置和動力裝置導(dǎo)電連接。
[0023]所述電池組件為氫氧燃料電池，所述電池組件通過設(shè)置的每個輸氣管道與對應(yīng)的所述第一儲氣裝置、第二儲氣裝置連接，并使用所述第一儲氣裝置內(nèi)的氫氣和所述第二儲氣裝置內(nèi)的氧氣作燃料。
[0024]在本申請的上述方案中，通過氫氧燃料電池作為氣體壓縮裝置和動力裝置的供電電源，使得本申請的飛艇結(jié)構(gòu)中，所需的電源都由氫氧燃料電池提供，進而顯著減少其他形式的儲能電池，進一步減輕了本申請飛艇的重量，而且還避免了常規(guī)電池帶來的污染。
[0025]在上述方案中，設(shè)置有充有氧氣的第二儲氣裝置，由于，在本申請的方案中，動力裝置為氫燃料發(fā)動機，電池組件為氫氧燃料電池，當(dāng)飛艇在低空飛行時，由于空氣中氧氣含量充足，此時，氫燃料發(fā)動機可以由第一儲氣裝置中的氫氣與外部空氣混合作為氫燃料發(fā)動機的燃料，而當(dāng)飛艇飛行高度較高時，此時空氣中氧氣含量稀少，第一儲氣裝置中的氫氣與空氣混合后不再能夠良好的反應(yīng)輸出動力，所以在本申請的方案中還設(shè)置有充有氧氣的第二儲氣裝置，當(dāng)飛艇在進行高空飛行時，由第二儲氣裝置為氫燃料發(fā)動機補充氧氣，使氫燃料發(fā)動機內(nèi)能夠良好的輸出動力；同理，對應(yīng)氫氧燃料電池，當(dāng)飛艇在進行高空飛行時，通過第二儲氣裝置為氫氧燃料電池補充所需的氧氣，如此，使得本申請的飛艇不但能夠適應(yīng)與低空飛行，同樣也能夠適應(yīng)的高空飛行。
[0026]作為本申請的進一步優(yōu)選方案，所述主氣囊與所述第一儲氣裝置之間的輸氣管道上設(shè)置有閥體。
[0027]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為:
[0028]1、飛艇使用氫氣作為燃料、氫發(fā)動機作動力，理論上排放物僅為水，對環(huán)境沒有任何污染；
[0029]2、可顯著減少能源重量，降低飛艇的重量，降低飛艇的負(fù)擔(dān)，進一步的節(jié)約了能量;
[0030]