一种飞艇浮力驻空温致压力的控制方法 |
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| 申请号 | CN201610693509.8 | 申请日 | 2016-08-19 | 公开(公告)号 | CN106347622A | 公开(公告)日 | 2017-01-25 |
| 申请人 | 东莞市中航华讯卫星技术有限公司; | 发明人 | 不公告发明人; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种 飞艇 浮 力 驻空温致压力的控制方法，其在理论公式推导的 基础 之上利用了飞艇副气囊体积增量来调节 浮力 气囊温致压差，具体包括：根据囊体材料性能、使用要求、升空高度、气象条件等，设定合理的飞艇浮力囊体内外压差期望值Δp0；检测飞艇浮力囊体内外气体温差ΔT的变化，将扰动ΔT作为补偿 信号 ，充当前馈环节；检测飞艇浮力囊体内外压差Δp作为反馈引至输入端；将飞艇浮力囊体内外压差Δp与其期望值Δp0进行比较得到偏差信号，并与补偿信号一起作用于飞艇副气囊体积控制装置；飞艇副气囊体积控制装置改变副气囊体积V副的大小，并通过实时的反馈调节保持飞艇浮力囊体内外压差Δp与其期望值Δp0基本一致。与 现有技术 相比，此方法更加方便快捷，成本低，且提高了飞艇浮力囊体压差的控制 精度 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种飞艇浮力驻空温致压力的控制方法，其特征在于，根据完全气体的克拉珀龙状态方程、大气温度T和海拔高度H的统计公式、大气压力p和海拔高度H的统计公式推导了利用副气囊体积增量调节温致压差的公式： |
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| 说明书全文 | 一种飞艇浮力驻空温致压力的控制方法技术领域背景技术[0002] 飞艇是一种轻于空气的航空器，在科学实验、无线中继通信、交通运输等领域具有巨大的应用价值。飞艇具有充满氦气的浮力囊体和充满空气的副气囊，飞艇的气动外形通过浮力囊体内外部保持适当的正压差所产生一定的压力来维持。但，当飞艇上升到驻空高度后，由于昼夜温差变化，浮力囊体在白昼由于温升引起与大气的压差(温致压差)约在1300-1600帕之间，约为当地高度大气气压的25％-30％。此外，为防止氦气渗漏而充加的盈余气体造成的压差约为500-2000帕，约为当地高度气压的10％-30％，这两种压差的叠加会导致囊体承受较大压力，对浮力囊体的耐压能力要求提高，飞艇设计制造成本上升。因此需要采用一些方法来控制飞艇的温致压差以避免飞艇因温升引起的浮力囊体承受压力(温致压力)增大。 [0003] 目前控制飞艇温致压力增大的方法多采用排除部分盈余浮力气体(氦气)，或者降低浮力气体温度的方法降低囊体内的压力。直接排除浮力气体成本太高，且不利于长时间的驻空需要，而降温较为复杂，控制效率低。此外，现有的方法是在内外压差出现变化后再进行调节，没有引入温差变化的补偿信号，使得系统控制延时大、精度低。因此有必要提高飞艇浮力囊体压差的控制精度，提供一种新型的飞艇浮力驻空温致压力的控制方法。 [0004] 完全气体的克拉珀龙状态方程： [0005] [0006] 大气温度T和海拔高度H的统计公式 [0007] T＝288.15-6.5H H≤11km [0008] T＝216.65 11km＜H≤20km [0009] T＝216.65+(H-20) 20km＜H≤32km [0010] 大气压力p和海拔高度H的统计公式 [0011] p＝10332.3×(1-0.0225577H)5.25588 H≤11km [0012] 11km＜H≤20km [0013] p＝558.28×(1+(H-20)×0.00461574)-34.1632 20km＜H≤32km [0015] 上述气体动力学公式是设计飞艇重要气体参数及飞艇飞行控制技术的重要理论依据，而在已有研究成果中，还未发现通过引入温差前馈调节并副气囊体积的方式控制飞艇温致压力的报道。 发明内容[0016] 本发明的目的在于提供一种飞艇浮力驻空温致压力的控制方法，通过引入温差前馈并调节副气囊体积的方式控制飞艇的温致压差，实现飞艇的平稳驻空。 [0017] 具体地，利用完全气体的克拉珀龙状态方程、大气温度T和海拔高度H的统计公式、大气压力p和海拔高度H的统计公式推导了利用副气囊体积增量调节温致压差的公式： [0018] [0019] 其中，ΔT-浮力囊体内和外部空气的温度差；Δp-浮力囊体温差和体积变化导致的压差；ΔpΔT(ΔT)-浮力囊体温差导致的压差；Δp0(m浮,H)-浮力囊体体积变化导致的压差；m浮-浮力囊体质量；V-浮力囊体体积；ΔV副-浮力囊体内副气囊体积变化引起的浮力囊体体积增量；ρ浮-浮力囊体的浮力气体密度；ρ0-浮力囊体初始驻空高度处的空气密度；Δρ(H)-由于浮力囊体升高到H时导致的空气密度减小量；M浮、M空-浮力气体、空气气体的摩尔质量。 [0020] 依据上述公式：浮力囊体由于温差和副气囊体积变化而引起的囊体压力变化是相对独立的，交叉影响相对较弱，可通过调节浮力囊体的副气囊体积去消除浮力囊体的温致压差。 [0021] 公式②用以计算由浮力囊体温差ΔT的变化引起囊体压差的变化，当浮力囊体内气体温度增高时，温差ΔT增大，温致压差ΔpΔT(ΔT)增加；公式③用以计算浮力囊体体积变化导致的压差Δp0(m浮,H)，此时若减小副气囊的体积V副，浮力气体体积V+ΔV副增大，由公式④、⑤可知浮力气体的密度ρ浮减小，进而浮力囊体体积变化导致的压差Δp0(m浮,H)减小，根据公式①，通过浮力囊体体积变化导致的压差Δp0(m浮,H)的减小来调节浮力囊体温致压差ΔpΔT(ΔT)的增大而引起浮力囊体压差Δp的增大。反之，当浮力囊体内气体温度降低时，可通过增大副气囊的体积V副来调节囊体压差Δp。 [0022] 基于上述理论依据设计了一种利用飞艇副气囊体积增量调节其温致压差的控制方法，具体实施步骤包括： [0023] 步骤一：根据囊体材料性能、使用要求、升空高度、气象条件等，设定合理的浮力囊体内外压差期望值Δp0； [0024] 步骤二：检测飞艇浮力囊体内外气体温差ΔT的变化，将扰动ΔT作为补偿信号，充当前馈环节； [0025] 步骤三：检测飞艇囊体内外压差Δp作为反馈引至输入端。 [0026] 步骤四：将囊体内外压差Δp与其期望值Δp0进行比较得到偏差信号，并与补偿信号一起作用于飞艇副气囊体积控制装置； [0027] 步骤五：飞艇副气囊体积控制装置改变副气囊体积V副的大小，通过实时的反馈调节保持飞艇囊体内外压差Δp与其期望值Δp0基本一致。 [0028] 与现有技术相比，本发明通过引入温差前馈并调节副气囊体积的方式控制飞艇温致压力，具有以下优点是： [0029] 1、通过飞艇副囊体积的调节控制飞艇浮力囊体压差，实现飞艇驻空温致压力的控制，方便快捷，成本低，有利于飞艇平稳长期驻空。 [0031] 图1是本发明调节飞艇温致压差的实施过程图； [0032] 图2是本发明通过副气囊体积增量调节温致压差各变量变化的过程图。 具体实施方式[0033] 现在参考附图描述本发明的实施例。 [0034] 请参考图1，本发明一种飞艇浮力驻空温致压力控制方法主要通过引入温差前馈并调节副气囊体积，其具体步骤如下： [0035] 步骤一：根据囊体材料性能、使用要求、升空高度、气象条件等，设定合理的浮力囊体内外压差期望值Δp0； [0036] 步骤二：检测飞艇浮力囊体内外气体温差ΔT的变化，将扰动ΔT作为补偿信号，充当前馈环节； [0037] 步骤三：检测飞艇囊体内外压差Δp作为反馈引至输入端。 [0038] 步骤四：将囊体内外压差Δp与其期望值Δp0进行比较得到偏差信号，并与补偿信号一起作用于飞艇副气囊体积控制装置； [0039] 步骤五：飞艇副气囊体积控制装置改变副气囊体积V副的大小，通过实时的反馈调节保持飞艇囊体内外压差Δp与其期望值Δp0基本一致。 [0040] 图2显示了通过副气囊体积增量调节飞艇福利囊体温致压差各变量的变化过程(以温差增大为例)，浮力囊体温差ΔT增大，温致压差ΔpΔT(ΔT)增加，引起浮力囊体压差Δp增大，通过压力传感器测得浮力囊体内外压差Δp增大时，减小副气囊的体积V副，引起浮力气体的密度ρ浮减小，随之浮力囊体压差Δp随之减小。 |
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