[发明专利]临近空间飞艇及其表面流场控制方法

说明书

本发明公开了一种临近空间飞艇及其表面流场控制方法，该飞艇包括壳体和设置在壳体内的气囊，设置在壳体内部的多个流动控制装置，所述流动控制装置包括气道，以及分别设置在所述气道两个末端的吸气口和出气口，所述吸气口与出气口与所述壳体外部连通，在所述气道的内部还设置有风机，用于从所述吸气口吸入空气，并通过出气口排出。本发明的飞艇，利用流动控制技术，通过改变飞艇表面流场，改善飞艇整体气动性能，减小飞艇抗风所需功率，从而可以大幅度的减小能源系统的重量，增加临近空间飞艇的任务载荷。

技术领域

本发明涉及飞艇技术领域，尤其涉及一种临近空间飞艇及其表面流场控制方法。

背景技术

临近空间飞艇是浮空器的一种。在军事、民用方面具有十分广阔的应用前景：在军事方面，临近空间飞艇可以作为一种信息收集平台，实现对地观测；在民用方面，临近空间飞艇可以作为运输工具，运输物资。正是由于临近空间飞艇在军事和民用方面的极其广阔的应用前景和使用价值，得到了世界上许多研究者的极大关注，很快成为国际上新的研究热点。对于临近空间飞艇，其浮力产生的主要部分是一个大大的气囊，中间充以比空气密度小的浮升气体(如氦气、氢气等)，可以依靠空气的静浮力升上空中。但是对于升力体飞行器，飞行器可以利用自身结构产生升力。

对于长期驻空临近空间飞艇，目前国内外主要动力系统的形式为由太阳电池和高效可充放电式锂电池组成的能源系统加螺旋桨电推进系统，例如美国飞艇HALE-D、Hisentinel80、洛克希德·马丁公司计划研制的“高空飞艇”、俄罗斯提出的Berkut高空飞艇、日本JAXA研究的平流层飞艇等均采用这种动力形式。螺旋桨电推进系统包括了电机系统与螺旋桨系统，推进系统产生飞艇前进所需动力同时，也给飞艇带来了巨大的能源以及重量负担。根据日本学者Kunihisa Eguchi于2000年发表的关于高空飞艇重量的总结报告，临近空间飞艇重量主要由四部分组成：艇体结构、能源系统、控制系统以及任务载荷，其中，能源系统所占比例高达35％，控制系统所占比例约为10％，任务载荷所占比例仅为3％。而在所有消耗能源的系统中，推进系统是耗能最大的系统。由这份报告可以看出推进系统给临近空间飞艇带来的巨大的重量负担。

主动流动控制的原理是在物体流场中直接施加适当的扰动模式并与流动的内在模式相耦合来实现对流动的控制。主动流动控制的优势在于它能在需要的时间和部位出现，通过局部能量输入，利用很小的代价获得局部或全局的有效流动改变，进而使飞行器气动性能显著改善。主动流动控制对飞行性能的改善主要体现在对飞行器升力以及阻力的影响，采用主动流动控制，飞行器升力增加、阻力变小。若设计的优化度较高，甚至会出现负阻力现象，这对飞行器来说是非常有利的。但是目前世界范围内将主动流动控制技术应用至高空飞艇领域，用于改善高空飞艇气动性能的先例尚未出现。。

发明内容

基于上述问题，本发明提供一种临近空间飞艇及其表面流场控制方法，利用流动控制技术，通过改变飞艇表面流场，改善飞艇整体气动性能，减小飞艇抗风所需功率，从而可以大幅度的减小能源系统的重量，增加临近空间飞艇的任务载荷。

为解决上述问题，本发明提供了一种临近空间飞艇，包括壳体和设置在壳体内的气囊，其特征在于，还包括：设置在壳体内部的多个流动控制装置，所述流动控制装置包括气道，以及分别设置在所述气道两个末端的吸气口和出气口，所述吸气口与出气口与所述壳体外部连通，在所述气道的内部还设置有风机，用于从所述吸气口吸入空气，并通过出气口排出。

其中，所述流动控制装置为7个。

其中，所述流动控制装置设置在所述壳体的顶部，多个流动控制装置平行设置。

其中，所述多个流动控制装置的吸气口位于飞艇的同一侧，出气口位于飞艇的同一侧。

其中，所述气囊包括主气囊和副气囊，所述主气囊内部充有浮生气体，用于为所述飞艇提供上升浮力，所述副气囊用于通过排出或充入空气来增加或减小所述飞艇的有效浮力。