一種飛艇用帶有形狀控制骨架的氣囊制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種飛艇用帶有形狀控制骨架的氣囊，包括囊皮（1）和形狀控制骨架；氣密的柔性的囊皮（1）位于氣囊外層，整體上為層疊式結(jié)構(gòu)，由多個(gè)層狀結(jié)構(gòu)（4）組成；層狀結(jié)構(gòu)（4）內(nèi)部均固定連接有形狀控制骨架，形狀控制骨架均包括若干副垂直布置的收展骨架（2）和與收展骨架（2）兩端分別鉸接的兩副定型骨架（3）；各層狀結(jié)構(gòu)（4）的囊皮（1）由若干個(gè)凸曲面單元（9）的氣密薄膜幅片（91）拼接而成，所述凸曲面單元（9）除包括一個(gè)細(xì)長的氣密薄膜幅片（91）外，還包括一對位于定型骨架（3）上的端邊固定件（92）和一對耐拉索帶（93）。本發(fā)明專利技術(shù)能充分利用艇內(nèi)空間、膨脹收縮變形規(guī)律性強(qiáng)、重復(fù)性穩(wěn)定性好充分充氣展開時(shí)能承受較大超壓。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種飛艇用帶有形狀控制骨架的氣囊
本專利技術(shù)屬于飛艇
，具體涉及一種飛艇用帶有形狀控制骨架的氣囊。
技術(shù)介紹
飛艇是一種輕于空氣的飛行器，其基本工作原理是依靠在自身巨大的浮力體(一般為艇體)內(nèi)填充氫氣、氦氣等輕質(zhì)浮升氣體，使飛艇整體的平均密度與其所排開的周圍空氣密度相當(dāng)，從而達(dá)到浮重平衡，實(shí)現(xiàn)空中懸停。根據(jù)上述原理，為使飛艇具有高度調(diào)節(jié)能力，需要對飛艇的凈浮力，即總浮力與自重之差，進(jìn)行調(diào)整。完成這一目標(biāo)無外有兩種基本方式:一是改變飛艇外形，控制浮力體的排量以調(diào)整總浮力；二是通過一定的技術(shù)手段，改變飛艇自重。現(xiàn)有技術(shù)中的大部分飛艇具有固定的結(jié)構(gòu)外形，在忽略彈性變形的情況下，可認(rèn)為飛艇的總排量保持不變。對于這類飛艇，實(shí)現(xiàn)凈浮力調(diào)節(jié)的主要依靠第二種方法，通過吸入或排出空氣，改變飛艇自重。為此，飛艇內(nèi)部空間通常用氣密薄膜分隔為兩部分，分別專用于存放浮升氣體和空氣，以避免氣體混雜。各氣體空間又可進(jìn)一步劃分為若干個(gè)氣囊或氣室。由于飛艇所攜帶的浮升氣體質(zhì)量是固定的，而環(huán)境大氣壓力隨飛行高度而不斷變化，這使得艇內(nèi)的浮升氣體和空氣所占據(jù)的空間相應(yīng)的發(fā)生變化。飛艇上升、下降過程中，運(yùn)行最大設(shè)計(jì)高度值越大，浮升氣體在其飛行跨高范圍內(nèi)的體積變化量越大。以氦氣飛艇為例，若極限飛行高度為4km，則艇內(nèi)氦氣體積占飛艇總體積的百分比將在50%?100%之間變化變化，空氣體積占比則覆蓋O?50%的范圍。對于更高的設(shè)計(jì)跨高，氣囊體積的收張變化范圍還會(huì)更高。現(xiàn)有技術(shù)中的飛艇內(nèi)氣囊采用柔性薄膜材料構(gòu)建，只有在被氣體完全充滿、膜材兩側(cè)形成一定壓差的狀態(tài)下，才能被充分展開張緊形成較為穩(wěn)定的構(gòu)型。由于氣囊采用的薄膜材料彈性有限，故工程上只能按照其最大展開體積進(jìn)行設(shè)計(jì)。仍以極限飛行高度為4km的飛艇為例，即空氣囊需要按照總體積的50%設(shè)計(jì)加工。這意味著在大部分時(shí)間內(nèi)，飛艇內(nèi)氣囊處于不完全充滿狀態(tài)，當(dāng)飛艇姿態(tài)傾斜或轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，內(nèi)氣囊將出現(xiàn)明顯的晃動(dòng)、扭轉(zhuǎn)，引起飛艇重心竄動(dòng)，影響姿態(tài)的穩(wěn)定性，甚至使飛艇面臨傾覆的危險(xiǎn)。為增強(qiáng)飛艇內(nèi)氣囊的形狀確定性，美國公開了一種抗折皺氣囊，其原理是所采用的薄膜具有較大的收縮性，能夠使囊體在充氣未滿狀態(tài)下依然保持整體張緊，其不足之處是需要采用特殊的膜材和復(fù)雜的工藝，并且氣囊仍然是柔性體結(jié)構(gòu)，形狀穩(wěn)定性有限。還有文獻(xiàn)公開了一種副氣囊囊體結(jié)構(gòu)，該氣囊位于艇體內(nèi)的膜壁上設(shè)有一組垂直交叉的折縫，可將充氣后的囊體頂部形成一個(gè)十字形的凹槽，由此增加了氣囊體頂部膜壁的張力，形成四個(gè)呈田字形排列的突起，相對于傳統(tǒng)氣囊的自由頂面，這種帶有突起的頂面形態(tài)更為穩(wěn)定，氣囊由小到大伸展過程中的形態(tài)變化接近于一個(gè)帶有上述頂面的柱體的伸展過程；該方式的氣囊也仍然是柔性體，雖然其頂面的形態(tài)得到了一定的控制，但側(cè)面仍較為松弛，氣囊整體仍可能傾斜或扭轉(zhuǎn)。綜合目前公開文獻(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中的飛艇內(nèi)氣囊由于其純?nèi)嵝泽w的本質(zhì)，具有形狀控制能力偏弱的缺點(diǎn)，有進(jìn)一步改進(jìn)的需求。更進(jìn)一步，為提高飛艇的靜重調(diào)節(jié)與壓力調(diào)節(jié)能力，希望飛艇氣囊具有承受較高氣體超壓的能力，以容納更多的浮升氣體補(bǔ)充泄漏損失、容納更多空氣調(diào)節(jié)重量，以及安全地承受更多的氣體升溫。現(xiàn)有技術(shù)提供了一些高壓氣囊的方案，比如:一種采用多級式的高壓氣囊方案，即“囊中囊”方案，用于氦氣的增壓存儲，其不足之處包括系統(tǒng)復(fù)雜，自重較大，內(nèi)層氣囊散熱不暢等問題。一種平流層耐壓氣球方案，其囊體呈南瓜狀，由多根高強(qiáng)度承力帶以及承力帶之間突起的傘衣幅構(gòu)成，傘衣幅的突起降低了膜壁的環(huán)向曲率半徑，由于膜內(nèi)張力近似等于該曲率半徑與膜內(nèi)壁外壓差之積，這就使膜壁承受的張力顯著降低，從而能夠選用強(qiáng)度相對較低的輕質(zhì)膜材，降低氣球的重量；其不足之處在于該囊體本質(zhì)上是一種氣承索膜結(jié)構(gòu)，一方面該結(jié)構(gòu)仍是一種柔性體，穩(wěn)定性有限，已有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)均顯示其容易發(fā)生“S形扭曲變形”現(xiàn)象；另一方面，該結(jié)構(gòu)所形成的囊體只能呈圓周對稱的形狀，若作為內(nèi)部氣囊使用，一般情況下難以找到可以充分利用所分配的艇內(nèi)空間的布局，由此造成較大的空間浪費(fèi)。美國Aeros公司開展了一種基于氦氣壓縮存儲的低空飛艇靜重控制系統(tǒng)試驗(yàn)，所采用的高壓氣囊為輪胎形，其不足之處在于，輪胎形囊體的表面積與體積之比較大，這使得每單位質(zhì)量囊體平均裝載的氣體質(zhì)量偏低，為了提高所容納的氣體量，只能采取較大的氣壓，如上述案例中輪胎形氣囊內(nèi)的壓縮氦氣壓強(qiáng)高達(dá)數(shù)個(gè)大氣壓，一方面對囊體的結(jié)構(gòu)安全性造成較大考驗(yàn)，另一方面對于運(yùn)行于稀薄大氣環(huán)境的高空飛艇，該增壓比過高，壓氣設(shè)備工程實(shí)現(xiàn)的難度很大。綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中的高壓氣囊作為飛艇浮力調(diào)節(jié)氣囊的使用存在各種不足，有進(jìn)一步改進(jìn)的需求，亟需一種空間利用效果好、氣體容量大、增壓比適中、承載效率高、內(nèi)外層級少的高壓氣囊方案。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種能夠充分利用艇內(nèi)空間、膨脹收縮變形規(guī)律性強(qiáng)、重復(fù)性好、充氣未滿時(shí)具有較好的穩(wěn)定性、充分充氣展開時(shí)能承受較大超壓的一種飛艇用的帶有形狀控制骨架的氣囊。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)的技術(shù)方案為，一種飛艇用帶有形狀控制骨架的氣囊，包括囊皮和形狀控制骨架；其中，氣密的柔性的囊皮位于氣囊外層，整體上為層疊式結(jié)構(gòu)，由多個(gè)層狀結(jié)構(gòu)組成；每層層狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部均固定連接有形狀控制骨架，每層層狀結(jié)構(gòu)的形狀控制骨架均包括若干副垂直布置的收展骨架和與收展骨架兩端分別鉸接的兩副定型骨架；囊皮內(nèi)部上頂面與頂層層狀結(jié)構(gòu)的上部定型骨架固定，囊皮內(nèi)部下頂面與底層層狀結(jié)構(gòu)的下部定型骨架固定，裝配位置符合囊皮和定型骨架在氣囊在充分膨脹時(shí)的相對位置關(guān)系；各層狀結(jié)構(gòu)沿著從底面到頂面的方向依次串聯(lián)裝配，前一層狀結(jié)構(gòu)靠近氣囊頂面的定型骨架與后一層狀結(jié)構(gòu)靠近氣囊底面的定型骨架彼此固連。所述形狀控制骨架根據(jù)收展軌跡形式，分別組成直線展開骨架和旋轉(zhuǎn)展開骨架兩種類型；其中，直線展開骨架布置在氣艇中部的層狀結(jié)構(gòu)中，其定型骨架平行設(shè)置；旋轉(zhuǎn)展開骨架布置在氣艇頭部和尾部的層狀結(jié)構(gòu)中，其定型骨架一端鉸接。所述收展骨架的運(yùn)動(dòng)由收展驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行測控，收展驅(qū)動(dòng)裝置包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)和導(dǎo)軌絲杠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；導(dǎo)軌絲杠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括螺旋機(jī)構(gòu)和限位行程開關(guān)，螺旋機(jī)構(gòu)固有的自鎖性，保證整個(gè)骨架系統(tǒng)在任一瞬時(shí)具有良好的剛度；當(dāng)收展骨架帶動(dòng)定型骨架達(dá)到最大設(shè)計(jì)高度時(shí)，限位行程開關(guān)觸發(fā)驅(qū)動(dòng)電機(jī)停止運(yùn)行；收展驅(qū)動(dòng)裝置根據(jù)囊內(nèi)外壓差傳感器和收展骨架的位置傳感器測量結(jié)果進(jìn)行調(diào)控。所述相鄰的定型骨架間裝配有保護(hù)拉索。所述各層狀結(jié)構(gòu)的囊皮由若干個(gè)凸曲面單的氣密薄膜幅片拼接而成，所述凸曲面單元除包括一個(gè)細(xì)長的氣密薄膜幅片外，還包括一對位于定性骨架上的端邊固定件和一對耐拉索帶；其中，所述氣密薄膜幅片充分展開時(shí)為瓜瓣形，曲面上各點(diǎn)的主曲率半徑處處相等；氣密薄膜幅片有四個(gè)邊，包括兩個(gè)短端邊以及兩個(gè)長側(cè)邊；相鄰?fù)骨鎲卧诒舜说膫?cè)邊處結(jié)合處共用同一條耐拉索帶，耐拉索帶沿著氣密薄膜幅片的長側(cè)邊裝配，耐拉索帶的兩端裝配在端邊固定件上，端邊固定件粘結(jié)固定在定型骨架上，定型骨架的粘接面幾何形狀按照氣密薄膜幅片充分展開時(shí)的瓜瓣形曲面幾何參數(shù)加工。所述凸曲面單元分為圓形包絡(luò)單元和平行包絡(luò)單元兩種，圓形包絡(luò)單元的氣密薄膜幅片的兩個(gè)長側(cè)邊呈旋轉(zhuǎn)對稱關(guān)系，其延長線存在兩個(gè)對稱的交點(diǎn)；平行包絡(luò)單元的氣密薄膜幅片為兩個(gè)長本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種飛艇用帶有形狀控制骨架的氣囊，其特征在于包括囊皮（1）和形狀控制骨架；其中，氣密的柔性的囊皮（1）位于氣囊外層，整體上為層疊式結(jié)構(gòu)，由多個(gè)層狀結(jié)構(gòu)（4）組成；每層層狀結(jié)構(gòu)（4）內(nèi)部均固定連接有形狀控制骨架，每層層狀結(jié)構(gòu)（4）的形狀控制骨架均包括若干副垂直布置的收展骨架（2）和與收展骨架（2）兩端分別鉸接的兩副定型骨架（3）；囊皮（1）內(nèi)部上頂面與頂層層狀結(jié)構(gòu)（4）的上部定型骨架（3）固定，囊皮（1）內(nèi)部下頂面與底層層狀結(jié)構(gòu)（4）的下部定型骨架（3）固定，裝配位置符合囊皮（1）和定型骨架（3）在氣囊在充分膨脹時(shí)的相對位置關(guān)系；各層狀結(jié)構(gòu)（4）沿著從底面到頂面的方向依次串聯(lián)裝配，前一層狀結(jié)構(gòu)（4）靠近氣囊頂面的定型骨架（3）與后一層狀結(jié)構(gòu)靠近氣囊底面的定型骨架（3）彼此固連。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種飛艇用帶有形狀控制骨架的氣囊，其特征在于包括囊皮(I)和形狀控制骨架；其中，氣密的柔性的囊皮(I)位于氣囊外層，整體上為層疊式結(jié)構(gòu)，由多個(gè)層狀結(jié)構(gòu)(4)組成；每層層狀結(jié)構(gòu)(4)內(nèi)部均固定連接有形狀控制骨架，每層層狀結(jié)構(gòu)(4)的形狀控制骨架均包括若干副垂直布置的收展骨架(2)和與收展骨架(2)兩端分別鉸接的兩副定型骨架(3);囊皮(I)內(nèi)部上頂面與頂層層狀結(jié)構(gòu)(4)的上部定型骨架(3)固定，囊皮(I)內(nèi)部下頂面與底層層狀結(jié)構(gòu)(4)的下部定型骨架(3)固定，裝配位置符合囊皮(I)和定型骨架(3)在氣囊在充分膨脹時(shí)的相對位置關(guān)系；各層狀結(jié)構(gòu)(4)沿著從底面到頂面的方向依次串聯(lián)裝配，前一層狀結(jié)構(gòu)(4)靠近氣囊頂面的定型骨架(3)與后一層狀結(jié)構(gòu)靠近氣囊底面的定型骨架(3)彼此固連。2.如權(quán)利要求1所述的一種飛艇用帶有形狀控制骨架的氣囊，其特征在于形狀控制骨架根據(jù)收展軌跡形式，分別組成直線展開骨架(5)和旋轉(zhuǎn)展開骨架(6)兩種類型；其中，直線展開骨架(5)布置在氣艇中部的層狀結(jié)構(gòu)(4)中，其定型骨架(3)平行設(shè)置；旋轉(zhuǎn)展開骨架(6)布置在氣艇頭部和尾部的層狀結(jié)構(gòu)(4)中，其定型骨架(3)—端鉸接。3.如權(quán)利要求1所述的一種飛艇用帶有形狀控制骨架的氣囊，其特征在于收展骨架(2)的運(yùn)動(dòng)由收展驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行測控，收展驅(qū)動(dòng)裝置包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)(7)和導(dǎo)軌絲杠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(8);導(dǎo)軌絲杠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(8)包括螺旋機(jī)構(gòu)和限位行程開關(guān)，螺旋機(jī)構(gòu)固有的自鎖性，保證整個(gè)骨架系統(tǒng)在任一瞬時(shí)具有良好的剛度；當(dāng)收展骨架(2)帶動(dòng)定型骨架(3)達(dá)到最大設(shè)計(jì)高度時(shí)，限位行程開關(guān)觸發(fā)驅(qū)動(dòng)電機(jī)(7)停止運(yùn)行；收展驅(qū)動(dòng)裝置根據(jù)囊內(nèi)外壓差傳感器和收展骨架(2)的位置傳感器測量結(jié)果進(jìn)行調(diào)控。4.如權(quán)利要求1所述的一種飛艇用帶有形狀控制骨架的氣囊，其特征在于相鄰的定型骨架(3)間裝配有保護(hù)拉索(10)。·5.如權(quán)利要求1所述的一種飛艇用帶有形狀控制骨架的氣囊，其特征在于各層狀結(jié)構(gòu)(4)的囊皮(I)由若干個(gè)凸曲面單元(9)的氣密薄膜幅片(91...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：范春石，馬蓉，李勇，王彥廣，姚偉，鄭威，宋堅(jiān)，王文雋，吳志紅，
申請(專利權(quán))人：中國空間技術(shù)研究院，
類型：發(fā)明
國別省市：