[发明专利]适用于临近空间的浮空器及其调控方法

说明书

本发明公开了一种适用于临近空间的浮空器及其调控方法，浮空器包括从上往下依次设置的浮空主体、载荷舱和配重舱；浮空主体浮力可调，配重舱内装有压舱物、配重舱上设有卸料口和可开闭的舱门，载荷舱内设有控制舱门开闭的控制装置。方法为先测定零风层内主流风向发生改变的界限高度面；后在控制器内设定浮空器需要驻留的预定区域，预定区域位于零风层内其底面为零风层最小高度面、顶面为界限高度面；再放飞至预定区域；到达后调整浮力与重力至平衡，使竖向加速度为零，浮空器速度渐变为零，实现驻留；驻留后，当水平位移过大，释放压舱物，使浮空器上浮至零风层中界限高度面以上区域回漂，在高度方向由于空气阻力使浮空器驻留与预定区域内。

技术领域

本发明属于飞行器领域，尤其涉及一种适用于临近空间的浮空器及其调控方法。

背景技术

在距离地面20～100公里的空域被称为临近空间，这一空域空气比较稀薄，不受国界限制，具有较大的开发价值。临近空间高空气球依靠浮力平衡重力，实现在大气中悬浮。由于其相对于大型飞艇具有更低的放飞成本、对放飞条件要求更低、更好的机动性、适用于批量生产，受到各领域广泛关注。

一方面临近空间高空气球放飞后，由于大气风速和风向的影响，各高度风速不一，高空气球所处高度不能便捷的实时调节，则可能在该高度位置处的水平面上发生严重的横向漂移，当高空气球横向漂移离地面基站距离过远，会造成通信的中断，给高空气球的广泛应用带来一定的不便。

另一方面由于浮空器装载的是比空气稀薄的气体，在临近空间是一种“飘浮”的状态，因此，维持其运动状态所耗费的能量极少。目前，国内只有超压球和某些薄膜材料零压球可实现高空驻留，但是这类气球价格昂贵，如果橡胶气球可以实现这一功能，成本可大大降低，目前我国还没有实现橡胶气球在空中任意高度驻留的技术，原则上橡胶气球在充气后会一直上升直至炸裂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种既能避免大距离横向漂移又能实现高空驻留的适用于临近空间的浮空器及其调控方法。

本发明提供的这种适用于临近空间的浮空器，它包括从上往下依次设置的浮空主体、载荷舱和配重舱；浮空主体浮力可调，配重舱内装有压舱物、配重舱上设有卸料口和可开闭的舱门，载荷舱内设有控制舱门开闭的控制装置。

在一个具体实施方式中，使所述控制装置包括电源、传感器和控制器，载荷舱或配重舱内设有执行舱门开闭的执行元件；电源用于向回路供电，传感器和执行元件分别与控制器相连，传感器用于判定浮空器当前状态，控制器用于根据传感器判定的浮空器状态控制执行元件工作以控制舱门的开闭；所述配重舱有相互独立工作的多个，各配重舱从上往下成串布置于载荷舱底面中心，或各配重舱并列均布于载荷舱的底面，或各配重舱串成多组后并列布置于载荷舱底面，所述执行元件与配重舱一一对应布置，每一执行元件用于控制对应位置处配重舱上舱门的开闭。

作为优选，可以使所述配重舱为底部设有出液口的封闭筒；所述执行元件为设置于出口处的电磁阀。

作为替代方案，可以使所述配重舱包括底部开口的圆筒和设置于开口处的筒盖，筒盖的一端铰接于圆筒上、非铰接端设有弹簧，弹簧的另一端通过系绳与圆筒的内壁相连，弹簧处于拉伸状态；所述执行元件为能够熔断系绳的热熔丝。

作为替代方案，还可以使所述配重舱包括连为一体的上壳和底盖，上壳与底盖的拼接处设有爆破点，所述执行元件为设置于爆破点处的电雷管。

为了便于实现高空驻留，使所述浮空主体包括平衡球和套于平衡球外的动力球，平衡球的浮力不大于载荷舱与配重舱的重力之和，平衡球的临界体积大于动力球的临界体积。

作为便于实现高空驻留的替代方案，或者使所述浮空主体包括上、下布置的动力球和平衡球，动力球与平衡球之间设有释放机构，平衡球的浮力不大于载荷舱与配重舱的重力之和。