CN106915429A - 一种飞艇 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种飞艇。所述飞艇包括气囊、设置于气囊下方的吊舱、以及设置于吊舱上的推进装置；所述推进装置包括多个连接杆和多个涵道风扇，所述多个连接杆可分别驱动相应的涵道风扇绕其转动，从而对飞艇推进力进行矢量控制。该飞艇可以抵消侧风的作用力，从而提高抗侧风能力和飞行操控性。

Description

一种飞艇

技术领域

本发明涉及航空技术，更具体地，涉及一种飞艇。

背景技术

浮空器曾经广泛应用于空中运输。浮空器是指利用轻于空气的气体来提供升力的航空器。依照工作原理，浮空器可分为飞艇、系留气球和热气球。浮空器包括气囊，用于容纳比重小于空气的气体(例如热空气、氢气或氦气)，从而获得升力。浮空器的结构简单，成本低廉，在空中停留时间长。然而，浮空器的精确控制却很困难。在垂直方向上，浮空器可以通过充放气体控制上升或下降。然而，在水平方向，浮空器的移动依靠自然风或附加的动力装置，不仅移动速度慢而且操作困难。

参见图1，现有的飞艇包括用于提供升力的气囊110、位于气囊下方的吊舱120和用于提供水平推力的发动机130和140。这种结构设计使得飞艇只能通过改变相应旋转翼的转速来改变飞行姿态。当遇到比较复杂的外部环境，例如飞艇在飞行过程中，受到较大的侧风力时，现有飞艇无法对飞艇的推进装置做出快速及时的调整，使飞艇的操控困难，从而导致飞艇不能正常飞行，甚至引发安全事故。另外，现有结构的飞艇的气囊多采用纺锤形，此种结构抗侧风能力较差，使飞艇难以实现定点悬停，在飞行过程中容易受到侧风的影响而难以控制。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种可以提高抗侧风能力和飞行操控性的飞艇。

根据本发明提供一种飞艇，包括气囊、设置于气囊下方的吊舱、以及设置于吊舱上的推进装置；所述推进装置包括多个连接杆和多个推进器，所述多个连接杆可分别驱动相应的推进器绕其转动，从而对飞艇推进力进行矢量控制。

优选地，所述推进器为涵道风扇。

优选地，所述多个连接杆的各自的一端分别可转动的连接在所述吊舱上，并且各自的另一端与所述涵道风扇固定连接。

优选地，所述连接杆与所述吊舱连接的一端与设置在所述吊舱内的驱动机构相连接。

优选地，所述驱动机构为伺服电机。

优选地，所述吊舱包括主支架，并且所述多个连接杆连接至所述主支架，所述驱动机构安装在所述主支架上。

优选地，所述涵道风扇包括：用于提供气流通道的涵道；位于所述涵道中心的电机固定端子；设置于所述电机固定端子上的电机；以及与所述电机相连接的桨叶，所述涵道围绕所述桨叶，其中，所述电机固定端子与所述涵道的内壁固定连接。

优选地，所述涵道风扇相对所述气囊和吊舱间隔一定距离设置，在竖直状态时，当涵道风扇位于水平位置，飞艇的艇体在各个方向没有发生偏转时，所述涵道风扇的进气口到所述气囊的最小距离大于3倍所述涵道风扇的涵道标称直径；所述涵道风扇与所述吊舱的距离大于等于0.8倍的所述涵道风扇的涵道标称直径。

优选地，所述气囊为扁球形结构，该扁球形结构为回转体，具有位于水平面上的长轴以及位于垂直方向上的短轴，并且以短轴为回转中心轴。

优选地，在所述气囊内设置有气囊，气囊用于提供飞艇滞空所需的至少一部分升力，所述气囊内容纳比重小于空气的气体。

优选地，所述多个连接杆彼此平行。

优选地，所述多个连接杆位于同一平面内，且该平面垂直于所述扁球形结构的长轴和短轴所共同确定的平面。

优选地，所述连接杆和所述涵道风扇的数目分别为四个。

优选地，所述连接杆为中空管状结构，导线穿过所述连接杆的中空腔。

根据上述实施例的飞艇及其控制方法，由于飞艇可以根据飞艇对飞行姿态的要求和外界侧风的影响，及时调整所述涵道风扇的转动角度以及所述涵道风扇的转速，从而实现对飞艇推进力的矢量控制，并较好的实现了对飞艇的悬停控制问题；同时，飞艇的扁球形结构，使得飞艇在飞行过程中具有更小的阻力，并且可以最大程度的减小侧风对飞艇的影响，改善操控性能，使飞艇更加容易调整飞行姿态。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1为根据现有技术的飞艇的立体结构示意图。

图2为根据本发明的实施例的飞艇的立体结构示意图。

图3和4分别为根据本发明的实施例的飞艇的动力装置在不同飞行状态下的结构示意图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

图2为根据本发明的实施例的飞艇的立体结构示意图。在图中示出从飞艇下方观察的结构。该飞艇包括气囊210、设置于气囊210下方的吊舱220，以及设置于吊舱220上的四个涵道风扇230、240、250、260。

所述气囊210容纳比重小于空气的气体，例如氢气或氦气，以提供飞艇滞空所需的至少一部分升力。

与图1所示的纺锤形气囊110不同，根据本发明的实施例的气囊210为扁球形结构。该扁球形结构作为回转体，具有位于水平方向上的长轴以及位于垂直方向上的短轴，并且以短轴为回转中心轴。在一个实例中，气囊210的垂直截面为椭圆形。该种结构使飞艇在飞行过程中具有更小的阻力，减轻了飞艇姿态调整时的负担，并且可以最大程度的减小侧风对飞艇的影响，改善操控性能，使飞艇更加容易调整飞行姿态。

吊舱220与气囊210连接在一起，内部提供容纳乘客或货物的空间，以及提供用于支撑涵道风扇230至260的主支架(图未示)。

涵道风扇230至260经由各自的连接杆，与吊舱220内的主支架相连接。涵道风扇230和240设置在吊舱220的一侧，涵道风扇250和260设置在吊舱220相对的另一侧。

与图1所示的发动机130和140不同，涵道风扇230至260可旋转地连接至吊舱220中的主支架上，从而可以改变气流通道的方向，实现推进力的矢量控制。

此外，将涵道风扇230至260设置在气囊210的下方有利于其独立正常工作，并且维持了气囊210的结构完整性。与布置在气囊210内部的涵道风扇相比，可以优化涵道壁的形状，改善进出涵道的气流条件。

图3和4分别为根据本发明的实施例的飞艇的动力装置在不同飞行状态下的结构示意图。为了清楚起见，在图中未示出气囊210和吊舱210的外壳。代替地，在图中示出位于吊舱210内的主支架280，以及连接在主支架280的涵道风扇230至260。应当注意，尽管将主支架280示出为板状以表示飞艇的主平面，然而，主支架280实际上可以是任意的框架结构。

由于涵道风扇230至260的结构相同，因此下文以涵道风扇240为例描述。

涵道风扇240包括用于提供气流通道的涵道211、设置于涵道211内的电机固定端子213、设置于电机固定端子213上的电机212、以及桨叶214。电机固定端子213设置于涵道的中心，并且通过十字梁215与涵道211的内壁固定连接。电机212和桨叶214组成螺旋桨。

涵道风扇240经由连接杆216连接至主支架280。连接杆216的一端同涵道风扇240固定连接，另一端连接主支架280。所述连接杆216用于支撑所述涵道风扇并驱动所述涵道风扇240以所述连接杆216为旋转轴转动。所述连接杆216与所述主支架280连接的一端与设置在所述主支架280上的驱动机构相连接，例如与伺服电机相连接。在伺服电机的带动下，所述连接杆216驱动所述涵道风扇240转动，从而实现对飞艇推进力的矢量控制。

作为示例，在图3和4中示出四个涵道风扇分布于主支架280的两侧。优选地，所述四个涵道风扇的连接杆彼此平行，从而可以沿相同方向或相反方向倾斜，所述多个连接杆位于同一平面内，且该平面垂直于所述扁球形结构的气囊的长轴和短轴所共同确定的平面。各个涵道风扇相对所述气囊210和吊舱220间隔一定距离设置。从气动干扰的角度考虑，在竖直状态时，即当涵道风扇位于水平位置，飞艇的艇体在各个方向没有发生偏转时，所述涵道风扇的进气口到所述气囊210的最小距离大于3倍所述涵道的标称直径。从气动干扰和结构设计的角度考虑，所述涵道风扇与所述吊舱220的距离大于等于0.8倍的所述涵道的标称直径。

所述连接杆216为中空管状结构，导线可穿过所述连接杆的中空腔，实现所述电机212与位于所述吊舱内的控制器和电源之间的电连接，从而为所述电机212提供电力和控制指令。

当飞艇使用时，控制器对各传感器的传输的数据以及外部控制信号进行运算，对所述多个连接杆输出偏转指令，并对所述多个涵道风扇分别输出转速信号指令，从而调整飞艇的飞行姿态和飞行速度，例如前进、后退、转弯、悬停以及加速等。

如图3所示，飞艇处于悬停、垂直上升或垂直下降状态。涵道风扇230至260分别处于竖直位置，即气流通道的方向垂直于地面，产生向下的气流。在气囊210产生的升力和涵道风扇230至260产生的升力与飞艇重量相等时，飞艇处于悬停状态。在气囊210产生的升力和涵道风扇230至260产生的升力大于飞艇重量时，飞艇处于上升状态。在气囊210的产生的升力和涵道风扇230至260产生的升力小于飞艇重量时，飞艇处于下降状态。

如图4所示，飞艇处于向前飞行状态。涵道风扇230至260在各自的连接杆的驱动下分别后倾，即气流通道的方向相对于水平方向倾斜。涵道风扇230至260的作用力的垂直分量用于提供一部分升力，水平分量用于提供向前的推力。因而，涵道风扇230至260与气囊提供的总升力决定了飞行器的载重量，并且将飞行器维持在所需的高度，涵道风扇230至260提供的总推力决定了飞行器向前的飞行速度。

在飞艇的任意状态，用于采集飞艇飞行姿态的传感器将测得的飞艇姿态的数据传输到飞艇的控制器，控制器经过运算后，输出偏转指令使所述多个连接杆旋转进而使涵道风扇230至260发生偏转，并对所述多个涵道风扇分别输出转速信号指令以使涵道风扇230至260的电机212产生预定转速。当飞艇受到侧风作用时，所述涵道风扇产生与飞艇所受侧风力在方向和大小上相匹配的推力，从而平衡飞艇所受侧风力，使飞艇平稳的飞行。

应当说明的是，所述涵道风扇只是推进器的一种，这里的涵道风扇也可以是旋翼，涵道风扇只是一种优选方案，只要是能够提供矢量推进力的推进器均属于本发明的构思。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (14)

1.一种飞艇，其特征在于，包括气囊、设置于气囊下方的吊舱、以及设置于吊舱上的推进装置；

所述飞艇还包括设置于吊舱内的控制器，所述推进装置包括多个连接杆和多个推进器，所述多个连接杆可分别驱动相应的推进器绕其转动，从而对飞艇推进力进行矢量控制，所述控制器与所述推进器电连接以控制所述推进器对所述飞艇进行推进。

2.根据权利要求1所述的飞艇，其特征在于，所述推进器为涵道风扇。

3.根据权利要求2所述的飞艇，其特征在于，所述多个连接杆的各自的一端分别可转动的连接在所述吊舱上，并且各自的另一端与所述涵道风扇固定连接。

4.根据权利要求3所述的飞艇，其特征在于，所述连接杆与所述吊舱连接的一端与设置在所述吊舱内的驱动机构相连接。

5.根据权利要求4所述的飞艇，其特征在于，所述驱动机构为伺服电机。

6.根据权利要求4所述的飞艇，其特征在于，所述吊舱包括主支架，并且所述多个连接杆连接至所述主支架，所述驱动机构安装在所述主支架上。

7.根据权利要求2所述的飞艇，其特征在于，所述涵道风扇包括：用于提供气流通道的涵道；位于所述涵道中心的电机固定端子；设置于所述电机固定端子上的电机；以及与所述电机相连接的桨叶，所述涵道围绕所述桨叶设置，其中，所述电机固定端子与所述涵道的内壁固定连接。

8.根据权利要求2所述的飞艇，其特征在于，所述涵道风扇相对所述气囊和吊舱间隔一定距离设置，在竖直状态时，即当涵道风扇位于水平位置，飞艇的艇体在各个方向没有发生偏转时，所述涵道风扇的进气口到所述气囊的最小距离大于3倍所述涵道风扇的涵道标称直径；所述涵道风扇与所述吊舱的距离大于等于0.8倍的所述涵道风扇的涵道标称直径。

9.根据权利要求1所述的飞艇，其特征在于，所述气囊为扁球形结构，该扁球形结构为回转体，具有位于水平方向上的长轴以及位于垂直方向上的短轴，并且以短轴为回转中心轴。

10.根据权利要求1所述的飞艇，其特征在于，所述气囊用于提供飞艇滞空所需的至少一部分升力，所述气囊内容纳比重小于空气的气体。

11.根据权利要求9所述的飞艇，其特征在于，所述多个连接杆彼此平行。

12.根据权利要求11所述的飞艇，其特征在于，所述多个连接杆位于同一平面内，且该平面垂直于所述扁球形结构的长轴和短轴所共同确定的平面。

13.根据权利要求2所述的飞艇，其特征在于，所述连接杆和所述涵道风扇的数目分别为四个。

14.根据权利要求1所述的飞艇，其特征在于，所述连接杆为中空管状结构，导线穿过所述连接杆的中空腔以使所述推进器电连接于所述控制器。