CN108382558A - 一种平流层飞艇用吊舱 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及平流层飞艇技术领域，尤其涉及一种平流层飞艇用吊舱，包括与飞艇的艇体连接的过渡架和搭载飞艇有效载荷的载物舱，载物舱包括结构框架，过渡架与结构框架均由碳纤维管件连接形成，过渡架与结构框架通过连接部连接。本发明的过渡架及载物舱的结构框架均采用碳纤维管件连接构成，碳纤维的强度较高，密度较低，同时采用管材框架的形式，能够使结构减重30％，满足了平流层飞艇结构轻量化设计的要求。过渡架通过绳子与艇体拉袢捆绑连接，连接过程中应尽量保证拉袢受力均匀，避免局部拉袢根部受力过大。本吊舱已经通过实际飞行试验验证，能够在轻量化设计前提下，提高结构比强度和比刚度，为碳纤维复合材料在平流层飞艇上的应用奠定了基础。
Description
技术领域
本发明涉及平流层飞艇技术领域，尤其涉及一种平流层飞艇用吊舱。
背景技术
目前平流层飞艇是指一种轻于空气的飞行器，依靠静升力驻空，在平流层高度长时间(长达数月或数年)定点悬停或者低速机动飞行。平流层飞艇具有飞行高度高、隐身性能好，生存能力强、覆盖范围大、任务成本低、工作寿命长、装备周期短、机动性能好、信息获取与传输能力强、可快速布置和转移等方面的优势，具有极高的军事应用价值，在国防安全体系中具有重要的作用和地位。
根据各国的发展现状，平流层飞艇的巨型化是目前各国实现飞艇在平流层环境长时间运行所采用的方法。这是由于飞艇工作的平流层高度大气密度远低于海平面，更低的密度意味着需要更大的体积。但更大的体积又带来了更大的阻力、重量以及克服阻力所需要的更大的能量从而进一步需要更大的体积，这一循环关系严重限制了平流层飞艇的发展。飞艇结构轻量化能从根本上降低飞艇的重量，从而降低提升飞艇重量所需的囊体体积。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是解决现有的平流层飞艇吊舱体积大，质量重，无法满足结构轻量化设计发展需求的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种平流层飞艇用吊舱，包括与飞艇的艇体连接的过渡架和搭载飞艇有效载荷的载物舱，所述载物舱包括结构框架，所述过渡架与所述结构框架均由碳纤维管件连接形成，所述过渡架与所述结构框架通过连接部连接。
其中，所述连接部包括吊环和吊耳，所述吊环设置于所述过渡架上，所述吊耳设置于所述结构框架上，所述吊环与吊耳通过螺钉连接。
其中，所述结构框架包括基础框架和竖直设置的主承力杆，所述主承力杆的上端通过钛合金胶接件与所述吊耳连接，所述主承力杆的下端与所述基础框架连接。
其中，所述钛合金胶接件包括钛合金管件和外套管，所述钛合金管件一端***所述主承力杆的上端并与其胶接，另一端***所述外套管并与其胶接。
其中，所述过渡架包括多根相互平行的弧线管，每根所述弧线管的弯曲弧度与所述艇体腹部的径向截面边缘的弯曲弧度相配合，多根所述弧线管沿所述艇体的轴向方向依次排列设置，所述过渡架还包括与各所述弧线管连接的直线管，所述直线管沿所述艇体的轴向设置，所述直线管上设有所述吊耳。
其中，所述直线管的中部断开形成两根子直线管，且两根所述子直线管的端部内侧分别与第一杆连接件的两端胶接。
其中，所述载物舱还包括底板，所述底板由碳纤维材料制成，所述底板与所述结构框架的底部通过环扣可拆卸连接，所述底板上设有减重孔。
其中，所述结构框架上还设有天线安装支撑杆，所述天线安装支撑杆与所述结构框架上均胶接有第二杆连接件，两个所述第二杆连接件螺纹连接。
其中，所述载物舱还包括保温板，所述保温板与所述结构框架封闭连接，所述保温板由包裹镀铝膜的聚乙烯板制成。
其中，所述结构框架上的各所述碳纤维管件通过多通连接件胶接连接，且各所述多通连接件均由碳纤维材料制成，胶接采用耐低温环氧树脂胶。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明平流层飞艇用吊舱的过渡架及载物舱的结构框架均采用碳纤维管件连接构成，碳纤维的强度较高，密度较低，同时采用管材框架的形式，与传统吊舱相比，本发明能够使结构减重30％，满足了平流层飞艇结构轻量化设计的要求，一定程度上促进平流层飞艇技术的发展。过渡架通过绳子与艇体拉袢捆绑连接，连接过程中应尽量保证拉袢受力均匀，避免局部拉袢根部受力过大。本吊舱已经通过实际飞行试验验证，能够在轻量化设计前提下，提高结构比强度和比刚度，为碳纤维复合材料在平流层飞艇上的应用奠定了基础。
除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明。
附图说明
图1是本发明实施例平流层飞艇用吊舱的结构示意图；
图2是本发明实施例平流层飞艇用吊舱的过渡架的结构示意图；
图3是本发明实施例平流层飞艇用吊舱的结构框架的结构示意图；
图4是本发明实施例平流层飞艇用吊舱的结构框架的结构示意图；
图5是本发明实施例平流层飞艇用吊舱的主承力杆的结构示意图。
图中：1：过渡架；2：结构框架；3：连接部；4：钛合金胶接件；5：底板；6：第二杆连接件；7：多通连接件；8：环扣；11：弧线管；12：直线管；21：基础框架；22：主承力杆；23：天线安装支撑杆；31：吊环；32：吊耳；51：减重孔。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。
如图1所示，本发明实施例提供的平流层飞艇用吊舱，包括与飞艇的艇体连接的过渡架1和搭载飞艇有效载荷的载物舱，载物舱包括结构框架2，过渡架1与结构框架2均由碳纤维管件连接形成，过渡架1与结构框架通过连接部3连接。
本发明平流层飞艇用吊舱的过渡架及载物舱的结构框架均采用碳纤维管件连接构成，碳纤维的强度较高，密度较低，同时采用管材框架的形式，与传统吊舱相比，本发明能够使结构减重30％，满足了平流层飞艇结构轻量化设计的要求，一定程度上促进平流层飞艇技术的发展。过渡架通过绳子与艇体拉袢捆绑连接，连接过程中应尽量保证拉袢受力均匀，避免局部拉袢根部受力过大。本吊舱已经通过实际飞行试验验证，能够在轻量化设计前提下，提高结构比强度和比刚度，为碳纤维复合材料在平流层飞艇上的应用奠定了基础。
其中，如图2和图3所示，连接部3包括吊环31和吊耳32，吊环31设置于过渡架1上，吊耳32设置于结构框架2上，吊环31与吊耳32通过螺钉连接。过渡架与结构框架之间利用连接吊环与连接吊耳通过螺钉连接，实现吊舱结构两大部分之间的连接。吊环与吊耳配合跨过管材，将拉力传递至过渡架。
其中，如图3和图5所示，结构框架2包括基础框架21和竖直设置的主承力杆22，主承力杆22的上端通过钛合金胶接件4与吊耳32连接，主承力杆22的下端与基础框架21连接。其中，钛合金胶接件4包括钛合金管件和外套管，钛合金管件一端***主承力杆22的上端并与其胶接，钛合金管件另一端***外套管并与其胶接。本实施例中选用4根主承力杆，主承力杆的上端先采用钛合金管件与碳纤维管件胶接连接，然后再外套碳纤维管件胶接连接实现胶粘补强，最后连接吊耳与过渡架的上的吊环机械连接，主承力杆的下端采用碳纤维多通接头与基础框架的碳纤维管件胶接连接。
其中，如图2所示，过渡架1包括多根相互平行的弧线管11，每根弧线管11的弯曲弧度与艇体腹部的径向截面边缘的弯曲弧度相配合，多根弧线管11沿艇体的轴向方向依次排列设置，过渡架1还包括与各弧线管11连接的直线管12，直线管12沿艇体的轴向设置，直线管12上设有吊耳32。平流层飞艇成型之后沿环形基本为圆形，具有一定的弧度，为了保证飞行过程中吊舱的过渡架与艇体的连接紧密，该过渡架的弧线管的弧度与艇体弧度要保持一致。直线管沿平流层飞艇轴向设置，由于艇体本身轴线方向的曲率较小，同时轴向长度较长，吊舱的轴向长度相对较小，因此该方向的长度连接杆件采用直线。弧线管与直线管的连接是通过模具压接成型。本实施例为采用了两根直线管连接两根弧线管。
其中，直线管12的中部断开形成两根子直线管，且两根子直线管的端部内侧分别与第一杆连接件的两端胶接。将直线管在其中点处断开分切为完全一样的两个子直线管，这两个子直线管通过第一杆连接件胶粘连接，第一杆连接件为细短杆，长度约8cm，胶接之后不仅实现一体的连接，在一定程度上增强了过渡架结构的强度和刚度。
其中，如图3和图4所示，载物舱还包括底板5，底板5由碳纤维材料制成，底板5与结构框架2的底部通过环扣8可拆卸连接，底板5上设有减重孔51。载物舱的底部采用可更换的底板设计，当不同的载重要求接近时，此设计能够满足吊舱完整回收之后，吊舱主要结构件的再次应用。底板为碳纤维安装板，根据测控飞控供电设备安装需求，将板上打孔安装设备，另外在可以减重的位置设计减重孔。比地面宽度稍大的底板，按照一定的斜角通过侧面完成安装，这种可拆卸的结构有利用设备的更换和使得管材框架吊舱具有一定的互换性。底板通过铝合金环扣与结构框架的底部碳纤维管件连接固定。
其中，结构框架2上还设有天线安装支撑杆23，天线安装支撑杆23与结构框架2上均胶接有第二杆连接件6，两个第二杆连接件6螺纹连接。结构框架向多个方向伸出天线安装支撑杆，天线安装支撑杆的端部粘接金属连接件，该金属连接件上安装天线连接件，可以根据不同的天线安装要求，设计不同的天线安装件，用来安装平流层飞艇测控飞控的所有天线。天线安装支撑杆和结构框架均与第二连接件胶粘连接，再通过各自的第二连接件进行螺纹连接，这种结构可以方便天线安装支撑杆拆装，避免在运输过程中出现冲击造成杆件损伤。
其中，载物舱还包括保温板，保温板与结构框架2封闭连接，保温板由包裹镀铝膜的聚乙烯板制成。在平流层飞艇飞行过程中需要一定的保温措施，当吊舱内部所有元件安装完成之后，对结构框架的各个面上安装保温板。根据框架结构的尺寸，裁剪相应尺寸的聚乙烯板，这些聚乙烯板表面包裹一层镀铝膜，该镀铝膜要求厚度小于100μm，最后将所有外面包裹镀铝膜的聚乙烯板安装在结构框架的外侧，并对保温板进行密封打包，实现载物舱内部所有设备的保温。镀铝膜对外能够反射太阳辐射，确保不出现局部温度过高的情况，对内能够保证设备自身的发热能量保持在舱体内部。
其中，结构框架2上的各碳纤维管件通过多通连接件7胶接连接，且各多通连接件7均由碳纤维材料制成，胶接采用耐低温环氧树脂胶。结构框架的上层框架与主承力杆通过五通连接件来固定连接，结构框架的上层框架和下层框架与竖向框架之间均通过四通连接件来固定连接，下层框架上的碳纤维管材之间通过T型三通连接件来固定组装。同时本发明的加工工艺充分考虑到平流层高度低温工作环境，碳纤维的结构件连接采用耐低温环氧树脂胶连接。
综上所述，本发明平流层飞艇用吊舱的过渡架及载物舱的结构框架均采用碳纤维管件连接构成，碳纤维的强度较高，密度较低，同时采用管材框架的形式，与传统吊舱相比，本发明能够使结构减重30％，满足了平流层飞艇结构轻量化设计的要求，一定程度上促进平流层飞艇技术的发展。过渡架通过绳子与艇体拉袢捆绑连接，连接过程中应尽量保证拉袢受力均匀，避免局部拉袢根部受力过大。本吊舱已经通过实际飞行试验验证，能够在轻量化设计前提下，提高结构比强度和比刚度，为碳纤维复合材料在平流层飞艇上的应用奠定了基础。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种平流层飞艇用吊舱，其特征在于：包括与飞艇的艇体连接的过渡架和搭载飞艇有效载荷的载物舱，所述载物舱包括结构框架，所述过渡架与所述结构框架均由碳纤维管件连接形成，所述过渡架与所述结构框架通过连接部连接。
2.根据权利要求1所述的平流层飞艇用吊舱，其特征在于：所述连接部包括吊环和吊耳，所述吊环设置于所述过渡架上，所述吊耳设置于所述结构框架上，所述吊环与吊耳通过螺钉连接。
3.根据权利要求2所述的平流层飞艇用吊舱，其特征在于：所述结构框架包括基础框架和竖直设置的主承力杆，所述主承力杆的上端通过钛合金胶接件与所述吊耳连接，所述主承力杆的下端与所述基础框架连接。
4.根据权利要求3所述的平流层飞艇用吊舱，其特征在于：所述钛合金胶接件包括钛合金管件和外套管，所述钛合金管件一端***所述主承力杆的上端并与其胶接，另一端***所述外套管并与其胶接。
5.根据权利要求2所述的平流层飞艇用吊舱，其特征在于：所述过渡架包括多根相互平行的弧线管，每根所述弧线管的弯曲弧度与所述艇体腹部的径向截面边缘的弯曲弧度相配合，多根所述弧线管沿所述艇体的轴向方向依次排列设置，所述过渡架还包括与各所述弧线管连接的直线管，所述直线管沿所述艇体的轴向设置，所述直线管上设有所述吊耳。
6.根据权利要求5所述的平流层飞艇用吊舱，其特征在于：所述直线管的中部断开形成两根子直线管，且两根所述子直线管的端部内侧分别与第一杆连接件的两端胶接。
7.根据权利要求1所述的平流层飞艇用吊舱，其特征在于：所述载物舱还包括底板，所述底板由碳纤维材料制成，所述底板与所述结构框架的底部通过环扣可拆卸连接，所述底板上设有减重孔。
8.根据权利要求1所述的平流层飞艇用吊舱，其特征在于：所述结构框架上还设有天线安装支撑杆，所述天线安装支撑杆与所述结构框架上均胶接有第二杆连接件，两个所述第二杆连接件螺纹连接。
9.根据权利要求1所述的平流层飞艇用吊舱，其特征在于：所述载物舱还包括保温板，所述保温板与所述结构框架封闭连接，所述保温板由包裹镀铝膜的聚乙烯板制成。
10.根据权利要求1所述的平流层飞艇用吊舱，其特征在于：所述结构框架上的各所述碳纤维管件通过多通连接件胶接连接，且各所述多通连接件均由碳纤维材料制成，胶接采用耐低温环氧树脂胶。
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