一种飞艇配重舱的制作方法

1.本实用新型属于平流层飞行器技术领域，尤其涉及一种飞艇配重舱。


背景技术：

2.飞艇是一种轻于空气、依靠浮力驻空并具有自主飞行能力的低动态浮空器。它具有滞空时间长、安全性高、经济性好、节能且环保等优点，在通讯中继、导航、预警监测等领域具有极大的应用价值，近年来已成为各个国家研究的热点。飞艇在地面配平、爬升、平飞和下降等阶段其俯仰角度是不同的，良好的俯仰角度可以使飞艇获得最佳的操控性。在地面配平和平飞阶段，飞艇处于小俯仰角或零俯仰角姿态；在爬升和下降阶段，为减小空气阻力，冲过对流层，缩短上升或下降时间，飞艇处于大俯仰姿态。飞艇姿态调节机构是飞艇飞行控制系统中的重要组成部分，其主要作用是当飞艇姿态发生变化或根据飞行策略主动调整飞行姿态时，通过姿态调整方式改变飞艇重心和体积中心的相对位置，从而改变飞艇的外力矩，达到调节飞艇俯仰角至预定范围的目的，在飞艇地面配平、爬升、平飞和下降等过程中均可发挥重要作用。根据飞艇飞行控制要求，飞艇姿态调节机构应具有可靠性高、响应快、灵活性强、姿态控制精度高等特点，能够适应飞行海拔高度高、空气稀薄、气温气压低、环境恶劣等条件，且具备一定的抗风特性和热适应性，为飞艇长时间飞行提供保障。
3.目前，飞艇在飞行过程中常用的调姿控制方法有：尾翼舵面调姿、副气囊调姿、螺旋桨矢量控制调姿及液态压舱调姿等。尾翼舵面调姿指飞艇通过调整舵机输出控制尾翼舵面实时偏摆来保证飞艇飞行俯仰、偏航姿态的正确与稳定，最终保证飞艇依照规定航迹飞行。副气囊调姿通过调整飞艇两端的空气副气囊的质量来改变质心，从而改变飞艇的飞行姿态。螺旋桨矢量控制调姿通过矢量推进装置产生俯仰/偏航力矩来调整飞艇姿态，在不需要控制俯仰姿态时，可以为飞艇提供行进时的动力。液态压舱调姿依靠液体泵来回输送液体压舱物，通过改变前后压舱重量实现重心变化，从而达到姿态调整，该调整方式不改变飞艇整体质量，可长时间循环利用。
4.现有技术中，当采用尾翼舵面调整飞艇的俯仰姿态角时，这种作用是被动的，即只有当飞艇具有一定的飞行速度时才起作用，不适合飞艇的垂直起降；且当飞艇在平流层飞行时，由于平流层环境空气密度小，设计平流层飞艇时尾翼舵面在海拔20公里高空以20米/秒空速飞行时舵效作用不大且增加了无用的重量，因此在平流层飞艇上不宜使用尾翼舵面调姿。此外，由于平流层环境空气密度小及太阳辐射热形成的飞艇内的超温超压，设计平流层飞艇时将在白天排出飞艇内的所有空气，因此，高空飞艇一般难以采用通过调整飞艇头尾两端的副气囊空气质量来改变飞艇质心和调整飞艇俯仰姿态。当采用螺旋桨矢量控制调整俯仰姿态时，需要消耗较大的能量才能产生较大的调整力矩，这就对飞艇的能源系统提出了更高要求，同时也显著增加了飞艇重量。液态压舱通过液体在飞艇前后端流动的方式来调整飞艇的俯仰姿态，该方式能够有效地调整平流层环境下飞艇的飞行姿态，但其工作性能易受到温度变化影响，且液压流量精确控制较为复杂，使用和维护要求有较高的技术水平。
5.中国实用新型专利cn216035059u公开了一种平流层飞行器高空减重装置，包括上箱体、下箱体、指挥控制器和电磁铁组件，上箱体安装于所述下箱体的上方，上箱体与下箱体均呈中空设置，上箱体用于容纳配重，下箱体的底部具有与上箱体连通的下料口，下料口处设有所述电磁铁组件，电磁铁组件与指挥控制器电性连接，借由指挥控制器控制电磁铁组件的运行并使得所述下料口打开或者关闭。但是，该专利电磁铁失效时无法堵住泄砂孔，容易导致减重料失控。其次，该专利在电磁铁失效时未涉及应急释放减重料处理措施。并且，该专利减重料重量无法进行精确控制。


技术实现要素：

6.本实用新型目的在于提供一种飞艇配重舱，以解决现有技术中飞艇配重舱在电磁铁失效时无法应急释放减重料的技术问题。
7.为实现上述目的，本实用新型的具体技术方案如下：
8.一种飞艇配重舱，该飞艇配重舱包括配重舱本体，所述配重舱本体底部开口处设有抛砂装置，所述抛砂装置将配重舱本体的底部开口密封，所述抛砂装置的一侧与所述配重舱本体通过合页连接，所述抛砂装置的另一侧通过挂绳悬挂在所述配重舱本体上，所述挂绳上设有切割器，所述切割器和抛砂装置均与处理器电连接。
9.由此，当遇到紧急情况导致抛砂装置无法正常工作时，处理器将电信号发送给切割器，切割器收到指令将挂绳割断，此时抛砂装置在重力作用下打开配重舱本体底部的开口，从而将配重舱内的铁砂一次性全部释放掉，达到应急释放减重料的目的。
10.进一步，所述抛砂装置包括竖向开设的泄砂孔，所述泄砂孔将配重舱本体内腔与外界连通，所述泄砂孔的内壁设有电磁铁，所述电磁铁与所述处理器电连接。
11.进一步，所述泄砂孔的底部设有堵砂板组件，所述堵砂板组件包括将所述泄砂孔底部封堵的堵砂板，所述堵砂板与驱动装置连接，所述驱动装置与所述处理器电连接。
12.再进一步，所述配重舱本体的上方设有挂架，所述挂架与配重舱本体通过吊挂器相连，所述吊挂器的一端与设置在所述挂架上承力架铰接，所述吊挂器的另一端与设置在所述配重舱本体上的连杆铰接，所述承力架铰接在挂架上，所述连杆的端部与配重舱本体铰接。
13.更进一步，所述处理器包括质心控制器和艇载计算机，所述质心控制器和艇载计算机通信连接，所述切割器和抛砂装置均与所述质心控制器电连接。
14.此外，所述配重舱本体呈漏斗型，由上下两部分构成，其中上部是四方体，下部呈四棱台形状。
15.本实用新型具有以下优点：
16.1）、本实用新型所有电气设备集成在质心控制器内，便于进行环境控制，对设备的环境适应性要求低。
17.2）、由于采用铰接结构安装，无论飞艇囊体头部和尾部的锥角如何变化，均可在自重作用下调平，且舱体顶部与囊体间距较大，基本无遮挡，便于操作人员进行配重铁砂注入操作。
18.3）、该装置可适应囊体各安装部位形状，并使舱体泄砂孔始终对着地面，具有结构简单、可实现程度高等特点。
19.4）、通过安装在飞艇不同部位执行抛砂操作，便可进行主动姿态调整，快速达到飞艇飞行姿态微调和再平衡作用，提高了飞艇的飞行性能以及弥补热或其它因素引起的姿态变化，确保满足飞艇长时间飞行姿态控制需求。
附图说明
20.图1为本实用新型的飞艇配重舱正视图；
21.图2为本实用新型的飞艇配重舱侧视图；
22.图3为本实用新型的抛砂装置结构示意图。
23.图中标记说明：1、配重舱本体；2、质心控制器；3、艇载计算机；4、处理器；5、合页；6、can总线；7、电缆；11、飞艇气囊；12、挂架；13、挂绳；14、切割器；15、抛砂装置；16、泄砂孔；17、连杆；18、吊挂器；19、承力架；22、驱动装置；23、堵砂板；24、电磁铁。
具体实施方式
24.为了更好地了解本实用新型的目的、结构及功能，下面结合附图，对本实用新型做进一步详细的描述。
25.如图1所示，本实施例的一种飞艇配重舱包括配重舱本体1，所述配重舱本体1采用铝合金材料，通过下料、折弯、铆接、焊接和切削等工艺加工而成，具有较轻重量和较高强度，其主要功能是盛装铁砂，是主要的受力件，同时也是其它结构件的安装平台与基础。配重舱本体1结构为漏斗型，由上下两部分构成，其中上部是四方体，是主要的盛砂段，下部呈四棱台形状，起收口作用，以利逐渐加大铁砂下泻压力。
26.如图1和图2所示，所述配重舱本体1的上方设有挂架12，所述挂架12用于与飞艇气囊11连接。所述挂架12与配重舱本体1通过吊挂器18相连，所述吊挂器18的一端与设置在所述挂架12上承力架19铰接，所述吊挂器18的另一端与设置在所述配重舱本体1上的连杆17铰接，所述承力架19铰接在挂架12上，所述连杆17的端部与配重舱本体1铰接。使用时可根据不同的安装位置要求，通过调整挂架12角度使抛砂装置与飞艇气囊11连接达到很好的贴合效果。
27.如图1和图3所示，所述配重舱本体1底部开口处设有抛砂装置15，所述抛砂装置15将配重舱本体1的底部开口密封，所述抛砂装置15的一侧与所述配重舱本体1通过合页5连接，所述抛砂装置15的另一侧通过挂绳13悬挂在所述配重舱本体1上，所述挂绳13上设有切割器14，所述切割器14和抛砂装置15均与处理器4电连接。具体地，所述处理器4包括质心控制器2和艇载计算机3，所述质心控制器2和艇载计算机3通信连接，所述切割器14和抛砂装置15均与所述质心控制器2电连接。质心控制器2主要包括控制板、继电器板、电连接器，质心控制器2通过配有圆形连接器的电缆7与配重舱相连，利用can总线6与艇载计算机3进行通信，完成控制、查询指令接收，应答反馈配重舱信息参数等功能。通过铁砂定量控制算法根据预设抛砂重量计算抛砂时间，通过开关量信号控制铁砂释放器内的电磁铁及电磁开关上掉电，实现对配重舱内盛放的铁砂进行释放控制，通过改变飞艇浮重平衡关系，达到对飞艇的飞行姿态微调和再平衡作用的目的。质心控制器2设计有双can总线6冗余备份通信接口，在主通信接口失效的情况下通过地面站切换到从通信接口，实现了设备状态信息采集及控制的冗余处理。质心控制器can总线6接收地面站预设配重舱抛砂量数据，通过铁砂定
量控制算法根据预设抛砂重量计算抛砂时间，通过开关量信号时序控制电磁开关和电磁铁上掉电，实现对配重舱内盛放的铁砂精确释放控制。
28.如图2和图3所示，所述抛砂装置15包括竖向开设的泄砂孔16，所述泄砂孔16将配重舱本体1内腔与外界连通，所述泄砂孔16的直径最好为40mm，通过所述挂架12可使泄砂孔16始终朝向地面，避免造成抛砂不完全等问题。所述泄砂孔16的内壁设有电磁铁24，所述电磁铁24与所述处理器4电连接。所述泄砂孔16的底部设有堵砂板组件，所述堵砂板组件包括将所述泄砂孔16底部封堵的堵砂板23，所述堵砂板23与驱动装置22连接，所述驱动装置22与所述处理器4电连接。采用电磁铁24产生磁场吸附铁砂工作原理控制铁砂是否释放。抛砂装置15未启动释放铁砂前，由堵砂板23堵住泄砂孔16。抛砂装置15启动释放铁砂时，处理器4将电信号发送给所述驱动装置22，所述驱动装置22控制堵砂板23移开泄砂孔16，同时在电磁铁24不通电时阻挡铁砂在重力作用下被释放。所述抛砂装置15设置有堵砂板组件，由堵砂板23堵住泄砂孔16，可根据实际需求接收地面遥控指令，通过控制驱动装置22开关上、掉电实现配重舱堵砂板打开或关闭，在遇到紧急情况下可以控制驱动装置22开关掉电实现堵砂板关闭，阻挡铁砂被释放。
29.本实施例使用时，包括如下几种场景：
30.场景一、当飞艇上升后，根据配重情况要求需要配重舱释放铁砂时，所述抛砂装置15的质心控制器2依次接收艇载计算机3转发的抛砂总开关开指令、堵砂板开关开指令，质心控制器通过驱动装置22打开堵砂板23，等待抛砂，此时因电磁铁已处于通电状态而形成磁场，吸住了堵塞在泄砂孔16内的铁砂，使其不能往下流出；
31.场景二、接收到抛砂指令，执行抛砂动作，电磁铁24断电，磁场消失，铁砂在重力作用顺着泄砂孔16往下掉落，直至达到抛砂目标重量后，电磁铁24重新通电，形成磁场，吸住铁砂，便完成一次抛砂工作。
32.场景三、如果需要停止铁砂流出，操作者需通过地面站发送抛砂停止指令，电磁铁24上电产生磁场吸附铁砂，铁砂便停止流出。
33.场景四、当需要快速全部释放铁砂或电磁铁失效无法进行正常抛砂时，则接收艇载计算机3转发的应急抛砂指令，启动切割器14将挂绳13割断，此时抛砂装置15在重力作用下将所述配重舱本体1底部开口打开，并将铁砂一次性全部释放掉。
34.可以理解，本实用新型是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本实用新型的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本实用新型的精神和范围。因此，本实用新型不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本技术的权利要求范围内的实施例都属于本实用新型所保护的范围内。

技术特征：
1.一种飞艇配重舱，包括配重舱本体（1），所述配重舱本体（1）底部开口处设有抛砂装置（15），所述抛砂装置（15）将配重舱本体（1）的底部开口密封，其特征在于，所述抛砂装置（15）的一侧与所述配重舱本体（1）通过合页（5）连接，所述抛砂装置（15）的另一侧通过挂绳（13）悬挂在所述配重舱本体（1）上，所述挂绳（13）上设有切割器（14），所述切割器（14）和抛砂装置（15）均与处理器（4）电连接。2.根据权利要求1所述的飞艇配重舱，其特征在于，所述抛砂装置（15）包括竖向开设的泄砂孔（16），所述泄砂孔（16）将配重舱本体（1）内腔与外界连通，所述泄砂孔（16）的内壁设有电磁铁（24），所述电磁铁（24）与所述处理器（4）电连接。3.根据权利要求2所述的飞艇配重舱，其特征在于，所述泄砂孔（16）的底部设有堵砂板组件，所述堵砂板组件包括将所述泄砂孔（16）底部封堵的堵砂板（23），所述堵砂板（23）与驱动装置（22）连接，所述驱动装置（22）与所述处理器（4）电连接。4.根据权利要求1所述的飞艇配重舱，其特征在于，所述配重舱本体（1）的上方设有挂架（12），所述挂架（12）与配重舱本体（1）通过吊挂器（18）相连，所述吊挂器（18）的一端与设置在所述挂架（12）上承力架（19）铰接，所述吊挂器（18）的另一端与设置在所述配重舱本体（1）上的连杆（17）铰接，所述承力架（19）铰接在挂架（12）上，所述连杆（17）的端部与配重舱本体（1）铰接。5.根据权利要求1所述的飞艇配重舱，其特征在于，所述处理器（4）包括质心控制器（2）和艇载计算机（3），所述质心控制器（2）和艇载计算机（3）通信连接，所述切割器（14）和抛砂装置（15）均与所述质心控制器（2）电连接。6.根据权利要求1所述的飞艇配重舱，其特征在于，所述配重舱本体（1）呈漏斗型，由上下两部分构成，其中上部是四方体，下部呈四棱台形状。

技术总结
本实用新型公开了一种飞艇配重舱，该飞艇配重舱包括配重舱本体，所述配重舱本体底部开口处设有抛砂装置，所述抛砂装置将配重舱本体的底部开口密封，所述抛砂装置的一侧与所述配重舱本体通过合页连接，所述抛砂装置的另一侧通过挂绳悬挂在所述配重舱本体上，所述挂绳上设有切割器，所述切割器和抛砂装置均与处理器电连接。本实用新型通过安装在飞艇不同部位执行抛砂操作，便可进行主动姿态调整，快速达到飞艇飞行姿态微调和再平衡作用，提高了飞艇的飞行性能以及弥补热或其它因素引起的姿态变化，确保满足飞艇长时间飞行姿态控制需求。并且在抛砂装置失效时实现应急抛砂。且在抛砂装置失效时实现应急抛砂。且在抛砂装置失效时实现应急抛砂。


技术研发人员：黄斌 黄少坡 王一忠 胡晓蒙
受保护的技术使用者：湖南航天远望科技有限公司
技术研发日：2023.01.30
技术公布日：2023/6/17