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一种组合分离式平流层 飞行器系统

阅读：283发布：2020-05-15

专利汇可以提供一种组合分离式平流层飞行器系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明一种组合分离式平流层飞行器系统方案，主要包括：高空气球、太阳能无人机，以及连接绳索。其中，高空气球部分又包含囊体本体，囊体外部的索网结构；太阳能无人机是整个平台的核心，主要由包含机体安定面的结构分系统，能源分系统，航电飞控分系统，推进分系统，载荷分系统构成。该方案利用高空气球实现平台的快速升空，到达既定的飞行高度后，通过爆破装置实现高空气球与太阳能无人机分离。太阳能无人机利用自身携带的部件实现长时的任务飞行，待任务完成后，通过自身的航电飞控系统实现定点返场。通过此方案，可大大提升太阳能无人机执行飞行任务时的性能。，下面是一种组合分离式平流层飞行器系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种组合分离式平流层飞行器系统，其特征在于包括：高空气球、太阳能无人机、连接绳索；其中，所述高空气球包含囊体本体，囊体外部的索网结构；太阳能无人机是整个系统的核心，由包含机体安定面的结构分系统，能源分系统，航电飞控分系统，推进分系统，载荷分系统构成；所述连接绳索用于将所述高空气球和所述太阳能无人机相连；所述连接绳索设有爆破装置用于将所述连接绳索进行爆破；
所述囊体本体采用廉价、轻质的材料制成，用于储存氦气，为整个系统提供有效升力；
所述囊体外部的索网结构用于连接所述太阳能无人机，将所述高空气球产生的升力提供给所述太阳能无人机；
所述包含机体安定面的结构分系统用于提供所述太阳能无人机上所有机载设备的安装接口；
所述能源分系统为整个系统提供所需的能源，兼具能源管理功能；
所述航电飞控分系统用于对整个系统的飞行状态进行实时监测和控制；
所述推进分系统用于配合所述机体安定面实现整个系统的飞行姿态调节和航路飞行；
所述载荷分系统用于实现既定的飞行任务。
2.根据权利要求1所述的一种组合分离式平流层飞行器系统，其特征在于：所述飞行任务为照相或通信。
3.根据权利要求1所述的一种组合分离式平流层飞行器系统，其特征在于：
整个系统的工作流程如下：
地面状态下将所述高空气球和所述太阳能无人机分别组装和调试完毕，将所述高空气球按既定的设计要求进行充气，在充气完成后通过所述连接绳索与所述太阳能无人机相连；
初始状态下，所述太阳能无人机机头朝上，由所述高空气球快速提升至既定的飞行高度；
在达到既定高度后，通过所述连接绳索和所述高空气球上的所述索网结构进行长度调节，将所述太阳能无人机拉平；
在所述太阳能无人机拉平后，启动所述推进系统，使所述太阳能无人机满足飞行环境下的推阻平衡；
在所述太阳能无人机满足飞行环境下的推阻平衡后，所述高空气球与所述太阳能无人机间的所述连接绳索将通过所述爆破装置进行爆破，实现两个部分的有效分离；
所述太阳能无人机利用自身携带的部件实现长时的任务飞行；
待任务完成后，通过自身的所述航电飞控分系统实现定点返场。

说明书全文

一种组合分离式平流层 飞行器系统

一、技术领域：

[0001] 本发明提供一种组合分离式平流层飞行器系统方案，属于航空航天平台系统技术领域。二、背景技术：

[0002] 随着空天技术领域的进一步拓展，针对航空、航天结合部使用的平流层飞行器已成为各国研究的重点。与传统飞机相比，低速平流层飞行器的优点是：(1)留空时间长，可持续工作。易于长期、不间断地获得情报和数据，及时地对紧急事件迅速做出响应。(2)覆盖范围广。平流层飞行器的飞行高度比传统飞机大，因此覆盖范围也比传统飞机更宽广。(3)生存能力强。由于气球或软式飞艇以及一些低速无人机的主要部件采用非金属材料制成，因此雷达反射截面很小，传统的雷达难以跟踪和发现。(4)制造和运行维护费用低，需要的保障人员少、后勤负担轻。

[0003] 与卫星相比，由于平流层飞行器运行高度低，一般只是低轨卫星1/10-1/20，容易实现高分辨率对地观测，可有效弥补卫星观测局部盲点。对侦察、观测设备要求低，采用一般的数字相机，就可能获得与高精度卫星质量相当的照片；制造成本低，不需要复杂昂贵的发射设施，对地面设备要求也比较低，大部分部件和有效载荷可回收重复使用，因此效费比高。发射过程较为简单；有效载荷技术难度小，易于更新和维护。

[0004] 在平流层飞行器的研制过程中，高空长航时的太阳能无人机已成为各国研究的热点。但现有研究的问题在于：太阳能无人机从地面上升到既定的飞行高度，一般为20km，通常需要一天以上的时间完成，上升速度慢带来的问题是快速反应能力差，进而影响其执行飞行任务的性能。

[0005] 为此，本发明提出一种组合分离式平流层飞行器系统方案，该方案通过充有氦气的高空气球实现平台的快速升空，到达既定的飞行高度后，通过爆破装置实现高空气球与太阳能无人机分离。分离后的太阳能无人机依据自身的航电飞控分系统执行飞行任务以及进行返场飞行。三、发明内容：

[0006] (1)目的：本发明的目的在于提供一种高空气球与太阳能无人机相组合的组合分离式平流层飞行器系统。该方案利用高空气球实现平台的快速升空，到达既定的飞行高度后，通过爆破装置实现高空气球与太阳能无人机分离。分离后的太阳能无人机依据自身的航电飞控分系统执行飞行任务。

[0007] (2)技术方案：本发明一种组合分离式平流层飞行器系统，包括：高空气球、太阳能无人机、连接绳索；其中，所述高空气球包含囊体本体，囊体外部的索网结构；太阳能无人机是整个系统的核心，由包含机体安定面的结构分系统，能源分系统，航电飞控分系统，推进分系统，载荷分系统构成；所述连接绳索用于将所述高空气球和所述太阳能无人机相连；所述连接绳索设有爆破装置用于将所述连接绳进行爆破；

[0008] 所述囊体本体采用廉价、轻质的材料制成，用于储存氦气，为整个系统提供有效升力；

[0009] 所述囊体外部的索网结构用于连接所述太阳能无人机，将所述高空气球产生的升力提供给所述太阳能无人机；

[0010] 所述包含机体安定面的结构分系统用于提供所述太阳能无人机上所有机载设备的安装接口；

[0011] 所述能源分系统为整个系统提供所需的能源，兼具能源管理功能；

[0012] 所述航电飞控分系统用于对整个系统的飞行状态进行实时监测和控制；

[0013] 所述推进分系统用于配合所述机体安定面实现整个系统的飞行姿态调节和航路飞行；

[0014] 所述载荷分系统用于实现既定的飞行任务。

[0015] 进一步的，所述飞行任务为照相或通信。

[0016] 整个平台的工作流程如下：

[0017] 整个系统的工作流程如下：

[0018] 地面状态下将所述高空气球和所述太阳能无人机分别组装和调试完毕，将所述高空气球按既定的设计要求进行充气，在充气完成后通过所述连接绳索与所述太阳能无人机相连；

[0019] 初始状态下，所述太阳能无人机机头朝上，由所述高空气球快速提升至既定的飞行高度；

[0020] 在达到既定高度后，通过所述连接绳索和所述高空气球上的所述索网结构进行长度调节，将所述太阳能无人机拉平；

[0021] 在所述太阳能无人机拉平后，启动所述推进系统，使所述太阳能无人机满足飞行环境下的推阻平衡；

[0022] 在所述太阳能无人机满足飞行环境下的推阻平衡后，所述高空气球与所述太阳能无人机间的所述连接绳索将通过所述爆破装置进行爆破，实现两个部分的有效分离；

[0023] 所述太阳能无人机利用自身携带的部件实现长时的任务飞行；

[0024] 待任务完成后，通过自身的所述航电飞控分系统实现定点返场。

[0025] (3)该方案的优点：1)该系统外形布局新颖，内部结构简洁，易于工程实现；2)有利于提升太阳能无人机的载荷能力。太阳能无人机通过充有氦气的高空气球实现平台快速升空，从而克服了自身升空慢的缺点。由于太阳能无人机不用考虑升空能力的问题，故设计时，其载荷能力将较以往单一形式的布局有所提高；3)有利于节约系统能源。初始状态下，太阳能无人机机头朝上，由高空气球快速提升至既定的飞行高度，这样可以减小升空阻力，进而节约能源。四、附图说明：

[0026] 图1为本发明一种组合分离式平流层飞行器系统平飞时整体结构图；

[0027] 图2为本发明一种组合分离式平流层飞行器系统平飞时局部结构图；

[0028] 图3为本发明一种组合分离式平流层飞行器系统升空时整体结构图；

[0029] 图4为本发明一种组合分离式平流层飞行器系统升空时局部结构图；

[0030] 图5为本发明一种组合分离式平流层飞行器系统分离时局部结构图。

[0031] 图中标号说明如下：

[0032] 1.高空气球， 2.索网结构，

[0033] 3.太阳能无人机， 4.机体安定面，五、具体实施方式：

[0034] 下面结合附图对本发明一种组合分离式平流层飞行器系统方案作进一步的说明：

[0035] 本发明一种组合分离式平流层飞行器系统方案，如图1所示，主要包括高空气球1、索网结构2、太阳能无人机3、机体安定面4。

[0036] 如图3、图4所示，在本发明的实施例中：初始状态下，即升空时，连接太阳能无人机3尾部的连接绳索下放，使飞机机头朝上，并由高空气球1快速提升至既定的飞行高度。太阳能无人机机头朝上有利于减少整个系统的升空阻力，进而可实现飞行器快速升空的要求。

[0037] 如图1、图2所示，在本发明的实施例中：在平台达到既定高度后，通过对连接绳索和高空气球上的索网结构进行长度调节，太阳能无人机将由原来的机头朝上变成平飞状态。此后，启动太阳能无人机的推进分系统，使太阳能无人机满足飞行环境下的推阻平衡。

[0038] 如图1、图5所示，在本发明的实施例中：在太阳能无人机满足飞行环境下的推阻平衡后，高空气球与太阳能无人机间的连接绳索将通过爆破装置进行爆破，实现两个部分的有效分离。分离之后的太阳能无人机通过自身的航电飞控分系统执行飞行任务以及实现定点返场。而分离之后的高空气球由于其是低成本制作的，故不考虑对其回收。通过以上操作，可实现太阳能无人机的重复利用。

[0039] 应当指出，本实例仅列示性说明本发明的应用方法，而非用于限制本发明。任何熟悉此种使用技术的人员，均可在不违背本发明的精神及范围下，对上述实施例进行修改。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

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