技术领域
[0001] 本
发明涉及平流层飞艇领域，尤其涉及一种带有前翼的平流层飞艇及其工作方法。
背景技术
[0002] 在21世纪初，平流层飞艇备受各大国的关注，预测应用领域遍布民用、警用、准军用、军用等。目前，平流层飞艇多应用于海洋研究、抢险救灾、城市交通管理、空中侦察预警等民用和军用领域。平流层飞艇是一种航行在平流层高空的
浮空器，依靠空气浮
力驻空，可以长期悬浮于平流层高空，由
太阳能为其提供
能源，矢量
推进器提供动力，具有不依赖机场或跑道可实现垂直起降、能
悬停于任意地理
位置上空的浮空器。
[0003] 平流层飞艇最难解决的技术
瓶颈是浮重平衡。如何克服昼夜氦温差引起的重量变化，如何解决浮重平衡问题，合理控制飞艇的
俯仰姿态，以控制飞艇因氦温差变化引起的高度变化，是当前难以攻克的难题。
发明内容
[0004] 针对
现有技术的不足，本发明提供一种带有前翼的平流层飞艇及其工作方法，增加前翼以增加控制飞艇的俯仰能力，另一方面通过增加移动式
配重控制飞艇的俯仰姿态，辅助改变飞艇
攻角以控制飞艇因氦温差变化引起的高度变化，从而解决了浮重平衡问题。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种带有前翼的平流层飞艇，包括艇体、前翼、
水平
尾翼、垂直尾翼，艇体前部的两侧对称设置有前翼，艇体后部的两侧对称设置有水平尾翼，艇体包括主囊和侧囊，两个侧囊中间设置有主囊，主囊头部突出于两侧的侧囊头部，且主囊水平位置高于两侧的侧囊，侧囊尾部上部设置有垂直尾翼，前翼和水平尾翼均设置在侧囊的水平子午线上，前翼和水平尾翼对称设置在侧囊最长
纬线的两侧。
[0006] 最优的，还包括前翼
舵面、垂直尾翼方向舵面、水平尾翼升降舵面、矢量推进器，矢量推进器对称的安装在艇体的两侧和艇体的后部，且安装在艇体两侧的矢量推进器位于前翼和水平尾翼之间，前翼舵面与前翼铰接，前翼舵面相对前翼转动以改变与前翼间的夹角，水平尾翼升降舵面与水平尾翼铰接，水平尾翼升降舵面相对水平尾翼转动以改变与水平尾翼间的夹角，垂直尾翼方向舵面与垂直尾翼铰接，垂直尾翼方向舵面相对垂直尾翼转动以改变与垂直尾翼间的夹角。
[0007] 最优的，所述主囊头部顶端距离侧囊头部顶端的直线距离和前翼翼根部的长度相等；所述前翼翼根部的长度为侧囊子午线长度的十二分之一；主囊尾部顶端距离侧囊尾部顶端的直线距离和尾翼翼根部的长度相等；所述水平尾翼翼根部的长度为侧囊子午线长度的十分之一；所述艇体的长度与宽度的比例为2.1～2.5:1；所述前翼翼展小于水平尾翼翼展。
[0008] 最优的，还包括无人机、磁吸式
接触充电板、太阳能发电装置，太阳能发电装置的
太阳能电池板铺设在艇体上部，磁吸式接触充电板与
太阳能电池板电连接，至少一个磁吸式接触充电板固定在艇体上部，无人机与磁吸式接触充电板一一对应且相匹配，即无人机降落在磁吸式接触充电板上充电。
[0009] 最优的，还包括滑索、铅袋、定
滑轮、动滑轮、
电机，定滑轮分别设置在艇体的头部和尾部，滑索设置在定滑轮上，即滑索的一端设置在艇体头部且另一端设置在艇体尾部，滑索上还设置有动滑轮，铅袋与动滑轮固定连接，电机驱动滑索运动使得动滑轮带着铅袋沿滑索移动。
[0010] 最优的，所述无人机重量至少为300千克；所述铅袋重量至少为50千克。
[0011] 一种带有前翼的平流层飞艇的工作方法，当所述飞艇低于
巡航高度时，选择以下至少一种方法使得飞艇回到巡航高度：第一种控制飞艇上升的方法：在飞艇
浮力减小需要获得升力的时候，控制飞艇的水平尾翼升降舵面相对水平尾翼向上调节角度，增加水平尾翼升降舵面的仰角，使得飞艇迎角增大，产生抬头力矩，同时控制飞艇的前翼舵面相对前翼向下调节角度，增加前翼舵面的俯角，产生正升力，以辅助保持抬头力矩，使得飞艇升力增大，使飞艇回到巡航高度；
第二种控制飞艇上升的方法：将滑索上的铅袋向飞艇尾部方向移动至设
定位置，使得飞艇迎角增大，以减缓或控制飞艇的下降，使飞艇回到巡航高度；
第三种控制飞艇上升的方法：在飞艇浮力减小需要获得升力的时候，无人机以飞艇艇背作为跑道
起飞，即无人机离开飞艇，使飞艇回到巡航高度；
第四种控制飞艇上升的方法：控制飞艇的矢量推进器向上提供拉力，使飞艇回到巡航高度。
[0012] 最优的，当所述飞艇高于巡航高度时，选择以下至少一种方法使得飞艇回到巡航高度：第一种控制飞艇下降的方法：在飞艇浮力增大并难以维持高度的时候，控制飞艇的水平尾翼升降舵面相对水平尾翼向下调节角度，增加水平尾翼升降舵面的俯角，使得飞艇俯角增大，产生低头力矩，同时控制飞艇的前翼舵面相对前翼向上调节角度，增加前翼舵面的仰角，以辅助保持低头力矩，使飞艇回到巡航高度；
第二种控制飞艇下降的方法：将滑索上的铅袋向飞艇头部方向移动至设定位置，使得飞艇俯角增大，以减缓或控制飞艇的上升，使飞艇回到巡航高度；
第三种控制飞艇下降的方法：在飞艇浮力增大并难以维持高度的时候，无人机以飞艇艇背作为跑道降落，即无人机停降在飞艇艇背上，且与磁吸式接触充电板接触并充电，使飞艇回到巡航高度；
第四种控制飞艇下降的方法：控制飞艇的矢量推进器向下提供拉力，使飞艇回到巡航高度。
[0013] 由上述技术方案可知，本发明提供的带有前翼的平流层飞艇及其工作方法，增加前翼以增加控制飞艇的俯仰能力，另一方面通过增加移动式配重或者无人机控制飞艇的俯仰姿态，根据飞艇的浮力变化，来控制移动式配重的移动方向、前翼的舵偏角，调整飞艇的俯仰角、矢量控
制动力装置等综合有效地去解决平流层飞艇因氦温差引起的浮重平衡问题，延长飞艇巡航时间。
附图说明
[0014] 附图1是带有前翼的平流层飞艇的俯视图。
[0015] 附图2是带有前翼的平流层飞艇的侧视图。
[0016] 附图3是带有前翼的平流层飞艇的前视图。
[0017] 附图4是带有前翼的平流层飞艇安装有滑索的侧视图。
[0018] 附图5是带有前翼的平流层飞艇安装有无人机的侧视图。
[0019] 附图6是带有前翼的平流层飞艇安装有滑索和无人机的侧视图。
[0020] 附图7是安装有滑索和无人机的带有前翼的平流层飞艇在上升时候的状态图。
[0021] 附图8是安装有滑索和无人机的带有前翼的平流层飞艇在巡航时候的状态图。
[0022] 附图9是安装有滑索和无人机的带有前翼的平流层飞艇在下降时候的状态图。
[0023] 图中：艇体10、主囊11、侧囊12、前翼20、水平尾翼30、垂直尾翼40、前翼舵面50、垂直尾翼方向舵面60、水平尾翼升降舵面70、矢量推进器80、无人机90、磁吸式接触充电板100、太阳能发电装置110、滑索120、铅袋130、定滑轮140、动滑轮150、电机160。
具体实施方式
[0024] 结合本发明的附图，对发明
实施例的技术方案做进一步的详细阐述。
[0025] 实施例1：一种带有前翼的平流层飞艇，包括艇体10、前翼20、水平尾翼30、垂直尾翼40、前翼舵面
50、垂直尾翼方向舵面60、水平尾翼升降舵面70、矢量推进器80。
[0026] 参照附图1所示，艇体10前部的两侧对称设置有前翼20，艇体10后部的两侧对称设置有水平尾翼30，矢量推进器80对称的安装在艇体10的两侧和艇体10的后部，且安装在艇体10两侧的矢量推进器80位于前翼20和水平尾翼30之间。
[0027] 参照附图2和附图3所示，艇体10包括主囊11和侧囊12，两个侧囊12中间设置有主囊11，主囊11头部突出于两侧的侧囊12头部，且主囊11水平位置高于两侧的侧囊12，侧囊12尾部上部设置有垂直尾翼40，前翼20和水平尾翼30均设置在侧囊12的水平子午线上，前翼20和水平尾翼30对称设置在侧囊12最长纬线的两侧。
[0028] 前翼舵面50与前翼20铰接，前翼舵面50相对前翼20转动以改变与前翼20间的夹角，水平尾翼升降舵面70与水平尾翼30铰接，水平尾翼升降舵面70相对水平尾翼30转动以改变与水平尾翼30间的夹角，垂直尾翼方向舵面60与垂直尾翼40铰接，垂直尾翼方向舵面60相对垂直尾翼40转动以改变与垂直尾翼40间的夹角。
[0029] 艇体10的长度与宽度的比例为2.1～2.5:1；所述前翼20翼展小于水平尾翼30翼展。主囊11头部顶端距离侧囊12头部顶端的直线距离和前翼20翼根部的长度相等，主囊11尾部顶端距离侧囊12尾部顶端的直线距离和尾翼翼根部的长度相等；前翼20翼根部的长度为侧囊12子午线长度的十二分之一。
[0030] 实施例2：参照附图4所示，一种带有前翼的平流层飞艇，包括艇体10、前翼20、水平尾翼30、垂直尾翼40、前翼舵面50、垂直尾翼方向舵面60、水平尾翼升降舵面70、矢量推进器80、滑索120、铅袋130、定滑轮140、动滑轮150、电机160。
[0031] 艇体10前部的两侧对称设置有前翼20，艇体10后部的两侧对称设置有水平尾翼30，矢量推进器80对称的安装在艇体10的两侧和艇体10的后部，且安装在艇体10两侧的矢量推进器80位于前翼20和水平尾翼30之间。
[0032] 艇体10包括主囊11和侧囊12，两个侧囊12中间设置有主囊11，主囊11头部突出于两侧的侧囊12头部，且主囊11水平位置高于两侧的侧囊12，侧囊12尾部上部设置有垂直尾翼40，前翼20和水平尾翼30均设置在侧囊12的水平子午线上，前翼20和水平尾翼30对称设置在侧囊12最长纬线的两侧。
[0033] 定滑轮140分别设置在艇体10的头部和尾部，滑索120设置在定滑轮140上，即滑索120的一端设置在艇体10头部且另一端设置在艇体10尾部，滑索120上还设置有动滑轮150，铅袋130与动滑轮150固定连接，电机160驱动滑索120运动使得动滑轮150带着铅袋130沿滑索120移动。铅袋130重量至少为50千克。
[0034] 前翼舵面50与前翼20铰接，前翼舵面50相对前翼20转动以改变与前翼20间的夹角，水平尾翼升降舵面70与水平尾翼30铰接，水平尾翼升降舵面70相对水平尾翼30转动以改变与水平尾翼30间的夹角，垂直尾翼方向舵面60与垂直尾翼40铰接，垂直尾翼方向舵面60相对垂直尾翼40转动以改变与垂直尾翼40间的夹角。
[0035] 艇体10的长度与宽度的比例为2.1～2.5:1；所述前翼20翼展小于水平尾翼30翼展。主囊11头部顶端距离侧囊12头部顶端的直线距离和前翼20翼根部的长度相等，主囊11尾部顶端距离侧囊12尾部顶端的直线距离和尾翼翼根部的长度相等；前翼20翼根部的长度为侧囊12子午线长度的十二分之一。
[0036] 实施例3：参照附图5所示，一种带有前翼的平流层飞艇，包括艇体10、前翼20、水平尾翼30、垂直尾翼40、前翼舵面50、垂直尾翼方向舵面60、水平尾翼升降舵面70、矢量推进器80、无人机
90、磁吸式接触充电板100、太阳能发电装置110。
[0037] 艇体10前部的两侧对称设置有前翼20，艇体10后部的两侧对称设置有水平尾翼30，矢量推进器80对称的安装在艇体10的两侧和艇体10的后部，且安装在艇体10两侧的矢量推进器80位于前翼20和水平尾翼30之间。
[0038] 艇体10包括主囊11和侧囊12，两个侧囊12中间设置有主囊11，主囊11头部突出于两侧的侧囊12头部，且主囊11水平位置高于两侧的侧囊12，侧囊12尾部上部设置有垂直尾翼40，前翼20和水平尾翼30均设置在侧囊12的水平子午线上，前翼20和水平尾翼30对称设置在侧囊12最长纬线的两侧。
[0039] 太阳能发电装置110的太阳能电池板铺设在艇体10上部，磁吸式接触充电板100与太阳能电池板电连接，至少一个磁吸式接触充电板100固定在艇体10上部，无人机与磁吸式接触充电板100一一对应且相匹配，即无人机降落在磁吸式接触充电板100上充电，其中无人机90重量至少为300千克。
[0040] 定滑轮140分别设置在艇体10的头部和尾部，滑索120设置在定滑轮140上，即滑索120的一端设置在艇体10头部且另一端设置在艇体10尾部，滑索120上还设置有动滑轮150，铅袋130与动滑轮150固定连接，电机160驱动滑索120运动使得动滑轮150带着铅袋130沿滑索120移动。铅袋130重量至少为50千克。
[0041] 前翼舵面50与前翼20铰接，前翼舵面50相对前翼20转动以改变与前翼20间的夹角，水平尾翼升降舵面70与水平尾翼30铰接，水平尾翼升降舵面70相对水平尾翼30转动以改变与水平尾翼30间的夹角，垂直尾翼方向舵面60与垂直尾翼40铰接，垂直尾翼方向舵面60相对垂直尾翼40转动以改变与垂直尾翼40间的夹角。
[0042] 艇体10的长度与宽度的比例为2.1～2.5:1；所述前翼20翼展小于水平尾翼30翼展。主囊11头部顶端距离侧囊12头部顶端的直线距离和前翼20翼根部的长度相等，主囊11尾部顶端距离侧囊12尾部顶端的直线距离和尾翼翼根部的长度相等；前翼20翼根部的长度为侧囊12子午线长度的十二分之一。
[0043] 实施例4：参照附图6所示，一种带有前翼的平流层飞艇，包括艇体10、前翼20、水平尾翼30、垂直尾翼40、前翼舵面50、垂直尾翼方向舵面60、水平尾翼升降舵面70、矢量推进器80、无人机
90、磁吸式接触充电板100、太阳能发电装置110、滑索120、铅袋130、定滑轮140、动滑轮150、电机160。
[0044] 艇体10前部的两侧对称设置有前翼20，艇体10后部的两侧对称设置有水平尾翼30，矢量推进器80对称的安装在艇体10的两侧和艇体10的后部，且安装在艇体10两侧的矢量推进器80位于前翼20和水平尾翼30之间。
[0045] 艇体10包括主囊11和侧囊12，两个侧囊12中间设置有主囊11，主囊11头部突出于两侧的侧囊12头部，且主囊11水平位置高于两侧的侧囊12，侧囊12尾部上部设置有垂直尾翼40，前翼20和水平尾翼30均设置在侧囊12的水平子午线上，前翼20和水平尾翼30对称设置在侧囊12最长纬线的两侧。
[0046] 太阳能发电装置110的太阳能电池板铺设在艇体10上部，磁吸式接触充电板100与太阳能电池板电连接，至少一个磁吸式接触充电板100固定在艇体10上部，无人机与磁吸式接触充电板100一一对应且相匹配，即无人机降落在磁吸式接触充电板100上充电，其中无人机90重量至少为300千克。
[0047] 前翼舵面50与前翼20铰接，前翼舵面50相对前翼20转动以改变与前翼20间的夹角，水平尾翼升降舵面70与水平尾翼30铰接，水平尾翼升降舵面70相对水平尾翼30转动以改变与水平尾翼30间的夹角，垂直尾翼方向舵面60与垂直尾翼40铰接，垂直尾翼方向舵面60相对垂直尾翼40转动以改变与垂直尾翼40间的夹角。
[0048] 艇体10的长度与宽度的比例为2.1～2.5:1；所述前翼20翼展小于水平尾翼30翼展。主囊11头部顶端距离侧囊12头部顶端的直线距离和前翼20翼根部的长度相等，主囊11尾部顶端距离侧囊12尾部顶端的直线距离和尾翼翼根部的长度相等；前翼20翼根部的长度为侧囊12子午线长度的十二分之一。
[0049] 带有前翼的平流层飞艇的工作方法，当所述飞艇低于巡航高度时，选择以下至少一种方法使得飞艇回到巡航高度：第一种控制飞艇上升的方法：在飞艇浮力减小需要获得升力的时候，控制飞艇的水平尾翼升降舵面70相对水平尾翼30向上调节角度，增加水平尾翼升降舵面70的仰角，使得飞艇迎角增大，产生抬头力矩，同时控制飞艇的前翼舵面50相对前翼20向下调节角度，增加前翼舵面50的俯角，产生正升力，以辅助保持抬头力矩，使得飞艇升力增大，使飞艇回到巡航高度。
[0050] 第二种控制飞艇上升的方法：将滑索120上的铅袋130向飞艇尾部方向移动至设定位置，使得飞艇迎角增大，以减缓或控制飞艇的下降，使飞艇回到巡航高度。
[0051] 第三种控制飞艇上升的方法：在飞艇浮力减小需要获得升力的时候，无人机90以飞艇艇背作为跑道起飞，即无人机90离开飞艇，使飞艇回到巡航高度。
[0052] 第四种控制飞艇上升的方法：控制飞艇的矢量推进器80向上提供拉力，使飞艇回到巡航高度。
[0053] 当所述飞艇高于巡航高度时，选择以下至少一种方法使得飞艇回到巡航高度：第一种控制飞艇下降的方法：在飞艇浮力增大并难以维持高度的时候，控制飞艇的水平尾翼升降舵面70相对水平尾翼30向下调节角度，增加水平尾翼升降舵面70的俯角，使得飞艇俯角增大，产生低头力矩，同时控制飞艇的前翼舵面50相对前翼20向上调节角度，增加前翼舵面50的仰角，以辅助保持低头力矩，使飞艇回到巡航高度。
[0054] 第二种控制飞艇下降的方法：将滑索120上的铅袋130向飞艇头部方向移动至设定位置，使得飞艇俯角增大，以减缓或控制飞艇的上升，使飞艇回到巡航高度。
[0055] 第三种控制飞艇下降的方法：在飞艇浮力增大并难以维持高度的时候，无人机90以飞艇艇背作为跑道降落，即无人机90停降在飞艇艇背上，且与磁吸式接触充电板100接触并充电，使飞艇回到巡航高度。
[0056] 第四种控制飞艇下降的方法：控制飞艇的矢量推进器80向下提供拉力，使飞艇回到巡航高度。
