本發明涉及高空飛艇技術領域，具體為一種氣動肌肉變體平流層飛艇。

背景技術：

現有常規飛艇主要包括軟式飛艇、硬式飛艇和半硬式飛艇，由于其氣囊重量及結構的限制，飛行高度通常小于4000米。常規飛艇的主要特征是在飛艇平飛、爬高和下降過程中，產生浮力的氣囊的外形保持不變，飛艇內由于結構的不同，設計有裝空氣的副氣囊、氦氣囊或其他氣體氣囊，結構重量相對較大。

平流層飛艇的飛行高度達到20000米，其浮力氣體——氦氣由地面到目標高度的體積膨大達到14倍或以上。如要求常規飛艇飛升到20000米，則在地面其氣囊中95％的空間是空氣，因此重量大；同時，常規飛艇氣囊體積大小不變，在地面的體積和20000米同樣大，因此在低空飛行時阻力很大，抗風能力低。基于這兩點，要求傳統飛艇飛行到20000米高空，對氣囊材料、能源等技術提出了極高的要求。因此，目前采用傳統構形設計的飛艇飛行于平流層還有待于多項基礎技術的突破。

現有平流層飛艇主要采用了高空氣囊的原理，但外形變為橢球狀的雪茄形，如美國的高空哨兵(HiSentile)平流層飛艇。

國外的變體飛體主要有兩種，一種是2000年間美國提出的多個筒體套嵌伸縮氣囊，由于重量大，結構復雜，沒有工程實用性，進行了一段時間的概念宣傳后就沒有進一步的研究；二是高空哨兵(HiSentile)平流層飛艇，其氣囊就是一只可變形的氣球，其外形在上升和下降過程如同施放高空氣球一樣變化不定，外形可變但不可控，有效載荷小，不能有效回收和重復利用。

國內目前主要公開了三種變體飛艇：一是605所周雷2006年提出的一種飛艇變容積氣囊，內有伸縱向伸展裝置，經過試驗保證可控外形的變體容積只能達到三倍，與平流層要求的14倍還有差距；二是珠海新概念提出的一種變體飛艇，氣囊在徑向變體，由于沒有利用氣體的高度差而引起的壓差特性，因此機構復雜，重量大，實用性不強，目前沒有進一步研究；三是38所提出的種可縱向變形的氣囊，僅進行了功能的構想，實用也存在問題。

技術實現要素：

本發明的目的是：

1、減小平流層飛艇的氣囊體積，特別是飛艇在地面的體積，增回地面的可操作控制性。

2、實現飛艇在一定的剛度和外形的條件升空回收。

3、實現飛艇的可重復使用。

4、降低飛艇氣囊的工作超壓，降低氣囊強度要求，減輕氣囊結構重量。

為此，提出了一種氣動肌肉變體平流層飛艇。

本發明的技術方案為：

所述一種氣動肌肉變體平流層飛艇，包括外層氣囊(1)，其特征在于：還包括加壓管結構(2)、氣動肌肉(18)以及氣動肌肉控制結構；

所述加壓管結構(2)包括縱向加壓管結構和斜向加壓管結構；縱向加壓管結構分為左縱向加壓管(14)、右縱向加壓管(23)和上縱向加壓管(16)，斜向加壓管結構分為左斜向加壓管(15)和右斜向加壓管(17)；縱向加壓管結構與外層氣囊(1)由纖維織物聯接或綁扎在一起；左斜向加壓管(15)兩端與左縱向加壓管(14)和上縱向加壓管(16)采用鉸接方式或由纖維織物軟式聯接；右斜向加壓管(17)兩端與右縱向加壓管(23)和上縱向加壓管(16)采用鉸接方式或由纖維織物軟式聯接；

所述氣動肌肉(18)兩端與左縱向加壓管(14)和右縱向加壓管(23)通過纖維織物軟式聯接；氣動肌肉(18)內腔與氣動肌肉控制結構連通；

所述氣動肌肉控制結構包括氣動肌肉供氣風機(22)、氣動肌肉控制閥(20)、氣動肌肉供氣管、氣動肌肉排氣管(24)、氣動肌肉排氣閥(25)；氣動肌肉控制結構能夠控制氣動肌肉(18)體積變化。

進一步的優選方案，所述一種氣動肌肉變體平流層飛艇，其特征在于：當需要收攏外層氣囊(1)時，氣動肌肉控制結構向氣動肌肉(18)供入加壓空氣，氣動肌肉(18)帶動左縱向加壓管(14)和右縱向加壓管(23)收縮，進而帶動外層氣囊(1)橫向收縮，減小外層氣囊(1)的體積；當需要增大外層氣囊(1)體積時，氣動肌肉控制結構控制氣動肌肉(18)向外排氣，外層氣囊(1)帶動左縱向加壓管(14)和右縱向加壓管(23)向外運動，使外層氣囊(1)體積增大。

進一步的優選方案，所述一種氣動肌肉變體平流層飛艇，其特征在于：所述外層氣囊(1)上安裝有太陽能電池(3)、尾翼(4)、螺旋槳(9)、支撐輪(10)、充氦閥(12)、外氣囊安全閥(13)；外層氣囊(1)內部安裝有壓縮機(5)、壓縮機(5)通過加壓供氣管(6)、加壓控制閥(7)和加壓供壓管(8)連接加壓管結構(2)；加壓管結構(2)上還設置有加壓管結構安全閥(11)。

有益效果

本發明提出的氣動肌肉變體平流層飛艇，變體氣囊內升力氣體隨著飛行高度的上升而膨脹時，氣囊體積在內部加壓管結構和氣動肌肉裝置的聯動作用下隨之變大，氣囊外形在變化的同時能保證一定的剛度，下降時則相反。本發明在低空時氣囊體積小，高空時氣囊體積變大，低空時迎風面積小，減小了風阻。有內部加壓管結構作為外層氣囊的支撐，氣囊內的氣囊壓差可以取小值，減小了外氣囊囊布材料的強度要求，在同樣要求下，可減小外氣囊材料單位面積的重量。氣囊超壓由500帕可減小到120帕。

本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。

附圖說明

本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1平流層飛艇升空回收工作過程示意圖；

圖2平流層飛艇的正面結構示意圖；

圖3平流層飛艇的A-A截面結構示意圖(最大容積狀態，飛艇處于高空巡航的體積)；

圖4平流層飛艇的A-A截面結構示意圖(小容積狀態，飛艇處于回收過程中或地面上，外層氣囊收縮)；

圖5平流層飛艇的A-A截面結構示意圖(極小容積狀態，飛艇處于回收過程中或地面上，外層氣囊收縮)；

其中：1、外層氣囊；2、加壓管結構；3、太陽能電池；4、尾翼；5、壓縮機；6、加壓供氣管；7、加壓控制閥；8、加壓供壓管；9、螺旋槳；10、支撐輪；11、加壓管結構安全閥；12、充氦閥；13、外氣囊安全閥；14、左縱向加壓管；15、左斜向加壓管；16、上縱向加壓管；17、右斜向加壓管；18、氣動肌肉；19、氣動肌肉前供氣管；20、氣動肌肉控制閥；21、氣動肌肉后供氣管；22、氣動肌肉供氣風機；23、右縱向加壓管；24、氣動肌肉排氣管；25、氣動肌肉排氣閥。

具體實施方式

下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。

在本發明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”、“順時針”、“逆時針”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。

本發明的目的是：

1、減小平流層飛艇的氣囊體積，特別是飛艇在地面的體積，增回地面的可操作控制性。

2、實現飛艇在一定的剛度和外形的條件升空回收。

3、實現飛艇的可重復使用。

4、降低飛艇氣囊的工作超壓，降低氣囊強度要求，減輕氣囊結構重量。

為此，提出了一種氣動肌肉變體平流層飛艇，包括外層氣囊1、加壓管結構2、氣動肌肉18以及氣動肌肉控制結構。

所述加壓管結構2包括縱向加壓管結構和斜向加壓管結構；縱向加壓管結構分為左縱向加壓管14、右縱向加壓管23和上縱向加壓管16，斜向加壓管結構分為左斜向加壓管15和右斜向加壓管17；縱向加壓管結構與外層氣囊1由纖維織物聯接或綁扎在一起；左斜向加壓管15兩端與左縱向加壓管14和上縱向加壓管16采用鉸接方式或由纖維織物軟式聯接；右斜向加壓管17兩端與右縱向加壓管23和上縱向加壓管16采用鉸接方式或由纖維織物軟式聯接。左斜向加壓管15和右斜向加壓管17均能夠在截面內繞上縱向加壓管16轉動。

所述氣動肌肉18兩端與左縱向加壓管14和右縱向加壓管23通過纖維織物軟式聯接；氣動肌肉18內腔與氣動肌肉控制結構連通。

所述氣動肌肉控制結構包括氣動肌肉供氣風機22、氣動肌肉控制閥20、氣動肌肉供氣管、氣動肌肉排氣管24、氣動肌肉排氣閥25；氣動肌肉控制結構能夠控制氣動肌肉18體積變化。

當需要收攏外層氣囊1時，氣動肌肉控制結構向氣動肌肉18供入加壓空氣，氣動肌肉18帶動左縱向加壓管14和右縱向加壓管23收縮，進而帶動外層氣囊1橫向收縮，減小外層氣囊1的體積，實現飛艇回收時氣囊收縮減小的變體；當需要增大外層氣囊1體積時，外層氣囊1內的氦氣壓力與外界環境大氣壓力之壓差增高，氣動肌肉控制結構控制氣動肌肉18向外排氣，氣動肌肉18放松伸展，外層氣囊1的內壓使外層氣囊1帶動左縱向加壓管14和右縱向加壓管23向外運動，使外層氣囊1體積增大，實現飛艇升空時氣囊體積增大的變體。

所述外層氣囊1上還安裝有太陽能電池3、尾翼4、螺旋槳9、支撐輪10、充氦閥12、外氣囊安全閥13；外層氣囊1內部安裝有壓縮機5、壓縮機5通過加壓供氣管6、加壓控制閥7和加壓供壓管8連接加壓管結構2；加壓管結構2上還設置有加壓管結構安全閥11。

下面參考附圖對本發明做進一步描述：

如圖1，平流層飛艇一種由地面往返于平流層高度的輕于空氣的飛行器，一般工作于20千米高度。平流層飛艇由地面上升到平流層高度的過程可分為發射和升空兩個過程，該過程中平流層飛艇的高度不斷增加，而大氣壓力不斷減小，平流層飛艇氣囊內的氦氣不斷膨脹。在平流層飛艇到達平流層后，飛艇進行平流層巡航，該過程中飛艇內有氦氣會由于晝夜太陽光輻射的有無的交替進行而導致溫度的升高與下降，從而引起飛艇內氦氣超壓的交替變化，為保持超壓在安全范圍內，飛艇的體積進行周期性交替變化。回收過程是上升過程的逆過程。

如圖2和圖3，該平流層飛艇，包括外層氣囊1、加壓管結構2、太陽能電池3、尾翼4、壓縮機5、加壓供氣管6、加壓控制閥7、與加壓管相連的加壓供壓管8、螺旋槳9、支撐輪10、加壓管結構安全閥11、充氦閥12、外氣囊安全閥13、外氣囊縱向加壓管結構14和16及23、氣動肌肉18、氣動肌肉供氣管19和21、氣管肌肉供氣風機22、氣動肌肉排氣閥25等組成。所述的加壓控制閥7為單向閥。所述加壓管結構2包括縱向加壓管14和16及23、斜向加壓管15和17。縱向加壓管14和16及23與外層氣囊由纖維織物聯接或綁扎在一起。斜向加壓管15和17與縱向加壓管采用鉸接方式或由纖維織物軟式聯接。斜向加壓管15和17與縱向加壓管16鉸鏈或軟式聯接后能在截面內繞加壓管16轉動。加壓管結構2的內腔通過加壓供氣管6、加壓控制閥7及供壓管8與壓縮機5的高壓端口聯接，由壓縮機5向壓力管結構供入經過壓縮的高壓氦氣。氣動肌肉18的兩端分別與兩側的縱向加壓管14和23由纖維織物軟式聯接。氣動肌肉18的內腔通過供氣管19、控制閥20、供氣管21所供氣風機的高壓端口聯接。所述控制閥20為單向閥。氣動肌肉18通過排氣管24與排氣閥25相聯。

狀態1，如圖4和圖5所示。當飛艇回收時，回收過程中飛艇的飛行高度下降，所承受的大氣壓力增加，飛艇內的氦氣被壓縮，飛艇氣囊內氦氣的超壓減小，飛艇氣囊結構的剛性變低。為保持飛艇外形的適當剛硬，需要減小飛艇的氣囊的體積，因而收攏兩側部的縱向加壓管14和23，使風機22通過供氣管21、控制閥20、供氣管19向氣動肌肉18供入加壓空氣，氣動肌肉18在供氣壓力的作用橫向收縮，收攏側部的縱向加壓管14和23，帶動外層氣囊1的橫向收縮，減小外層氣囊的體積。氣動肌肉18在收縮過程中，體積增大，進一步壓縮氣囊內有氦氣。該裝置和控制過程實現了通過減小氣囊的體積而使飛艇飛艇內氦氣的超壓增加，從而增加飛艇氣囊剛性的目的。飛艇截面外形由圖3轉向圖4變化。

狀態2，如圖3所示。當飛艇發射升空時，隨著飛艇飛行高度的增加，飛艇外界的大氣壓力減小，飛艇氣囊內外的壓力增大，即飛艇氣囊的超壓增大。為防止超壓過大損壞氣囊結構，需要增大氣囊體積，減小超壓值。為止，通過控制與氣動肌肉18內腔相通的排氣閥25向外排氣，氣動肌肉18內的氣壓降低，外層氣囊1的內外壓差通過外層氣囊1帶動兩側部的縱向加壓管14和23向外運動，氣動肌肉18放松伸展，使外層氣囊1的體積增大。氣動肌肉18放松伸展過程中，氣動肌肉18本身的體積減小，進一步擴大了外層氣囊1內氦氣的膨脹空間。該裝置實現了增大氣囊的體積而使飛艇內氦氣的超壓降低，從而保持飛艇氣囊超壓在安全范圍內的目的。該過程中，飛艇截面外形由圖4向圖3轉變。

盡管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下在本發明的范圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。