[发明专利]一种平流层飞艇定点安全回收方法

权利要求书

1.一种平流层飞艇定点安全回收方法，其特征在于，包括下述四个步骤：

步骤1：机动至预测降落启动点

1.1平流层飞艇根据当前风场和预定降落区域位置，利用预测降落算法计算高空开始实施降落程序时所需的初始位置；

1.2平流层飞艇利用航路规划算法规划由飞艇当前位置飞往高空启动降落时的预定位置的平面航路；

1.3平流层飞艇利用航路跟踪算法跟踪上述步骤所规划航路，飞行至预定的高空启动降落点；

步骤2：成形穿越急流区

2.1在平流层飞艇飞至预定的高空启动降落位置后，关闭高空推进装置，同时打开氦气阀门，启动降落程序；

2.2在平流层飞艇维持气动外形无动力降落过程中，需要通过调节浮力控制系统，对其囊体压差与降落速度进行调节；该浮力控制系统由飞艇的构型决定，单囊体飞艇为氦气阀门；组合囊体飞艇为主副气囊阀门，分别调节氦气囊与空气囊压强；

2.3在平流层飞艇降落至预定低空高度时，调节囊体压差至合理范围后关闭氦气阀门，同时打开低空推进装置；

步骤3：低空机动返场

3.1在平流层飞艇抵达预定低空高度时，由于预测模型与预报风场存在的误差，飞艇位置会偏离降落装置上空；飞艇根据当前低空风场、当前位置与降落装置位置，利用航路跟踪算法规划低空机动返场三维航路；

3.2平流层飞艇用三维航路跟踪算法跟踪前述步骤中所规划三维航路使飞艇机动至降落装置上空；

3.3在平流层飞艇抵达降落装置上空5~50m高度时，关闭低空推进装置；

步骤4：降落回收

4.1在平流层飞艇低空机动返场的同时，布置降落装置进行降落准备，将安全回收平台布置至预定位置，并展开降落缓冲网；降落装置主体为布有充气式缓冲网的大面积柔性平台；

4.2在飞艇飞至降落装置上空5~50m高度时，关闭低空推进装置，调整飞艇姿态使其与安全回收平台平行，关闭调姿装置，实施快速放气，使飞艇迅速降落至降落缓冲网上；然后，继续放气，同时利用锚固绳索将飞艇与缓冲网固定；降落完成后，工作人员对飞艇各部件进行分解回收；

4.3回收完成后进行转场运输，进行全面检测与维护，准备下次飞行任务。

2.根据权利要求1所述的一种平流层飞艇定点安全回收方法，其特征在于：步骤1在20km以上空域，风速低于平流层飞艇高空额定巡航速度，为25m/s；

步骤2在2~20km高度空域，无风速要求；步骤3在距离地面50m~2km高度空域，风速小于平流层飞艇低空额定巡航速度，为15m/s；步骤4在50m以下高度空域，风速小于5m/s。

3.根据权利要求1所述的一种平流层飞艇定点安全回收方法，其特征在于：

步骤1中，当前风场由气象保障部门按照固定时间间隔与高度间隔提供，且该当前风场为预测数据；预定降落区域位置为定点回收场固定位置；初始位置为飞艇由组合导航设备所测得的当前实际位置；预测降落算法由飞艇六自由度运动学与动力学模型、热力学模型与外部风场构成，用于估算飞艇在维持形状的前提下依靠重力无动力穿越高空至低空区间的水平面内位置变化。

4.根据权利要求1所述的一种平流层飞艇定点安全回收方法，其特征在于：步骤1中航路跟踪算法由三部分构成：制导律、姿态跟踪算法及控制分配算法；制导律根据当前位置和期望位置差解算期望姿态；姿态跟踪算法计算跟踪该期望姿态所需的虚拟控制量；控制分配算法将上述虚拟控制量解算至飞艇实际控制量。

5.根据权利要求1所述的一种平流层飞艇定点安全回收方法，其特征在于：

步骤2中该氦气阀门的控制操作依据飞艇内外压差动态调节。

6.根据权利要求1所述的一种平流层飞艇定点安全回收方法，其特征在于：

步骤3中该三维航路跟踪算法由三部分构成：三维制导律、姿态跟踪算法、控制分配算法，制导律根据当前位置和期望位置差解算跟踪三维航路所需的期望姿态，姿态跟踪算法计算跟踪该期望姿态所需的虚拟控制量，控制分配算法将上述虚拟控制量解算至飞艇实际控制量。