[发明专利]基于形状记忆合金温控变形的负压变体飞艇及控制方法

权利要求书

1.基于形状记忆合金温控变形的负压变体飞艇的控制方法，所述负压变体飞艇包括气囊、龙骨骨架、吊舱、柔性太阳能电池和柔性电加热器；

龙骨骨架设置在气囊内部，用于支撑气囊；龙骨骨架的材质均为形状记忆合金材料；

柔性太阳能电池包覆在气囊外表面；

柔性电加热器用于向龙骨骨架进行加热；

吊舱设置在气囊底部，吊舱内放置有蓄电池，蓄电池分别与柔性太阳能电池和柔性电加热器相连接，其特征在于：控制方法包括如下步骤：

步骤1、飞艇悬浮：负压变体飞艇通过运载器携带或地面直接发射的方式，进行变体升空，并悬浮在空中；其中，负压变体飞艇的变体悬浮过程为：柔性电加热器对龙骨骨架进行加热，并使龙骨骨架的温度超过自身形状记忆合金材料的变态温度；龙骨骨架发生伸长形变，使得气囊体积发生膨胀，并在气囊内形成负压环境；由于气囊内气体密度小于大气密度，产生浮力，负压变体飞艇悬浮在空中；其中，龙骨骨架的材质均为NiTi-02形状记忆合金材料；形状记忆合金材料的变态温度为80°；

步骤2、飞艇供能：负压变体飞艇悬浮在空中的同时，位于气囊外周的柔性太阳能电池接受光照，吸收太阳能；一部分太阳能对负压变体飞艇的用电设备直接供能，剩余太阳能转化为电能储存在蓄电池中，以供夜晚或光照不足时作为备用电源使用；在飞艇供能过程中，柔性太阳能电池背部形成隔热阻挡层，防止太阳光照穿透气囊，对龙骨骨架加热；柔性太阳能电池用以接收太阳能，为飞艇控制、骨架温控、变体提供能源，也能结合蓄电池储能，在夜晚或是光照不足提供能源，能够完成长时间高空作业任务；同时蒙皮表面的柔性薄膜太阳能电池能遮阳，避免背阳和向阳带来的温度差异对艇体骨架温度控制产生影响；进一步，柔性太阳能电池朝向气囊的一侧设置有隔热层，进一步避免背阳和向阳带来的温度差异对艇体骨架温度控制产生影响；

步骤3、飞艇姿态调整：当飞艇需要上升、下降或转向时，通过温度控制器，对龙骨骨架进行局部变温，使飞艇局部变体，气囊体积发生变化，进而调节负压变体飞艇浮力，改变负压变体飞艇的姿态；

步骤4、飞艇回收：通过温度控制器，先对龙骨骨架前端和尾端的形状记忆合金材料停止加热或降温，接着从两端向中间依次对龙骨骨架的形状记忆合金材料停止加热或降温，形成从两端向中间的局部降温，使飞艇前端和尾端的龙骨骨架先收缩，气囊体积缩小，负压变体飞艇浮力减小，高度下降；接着，从两端向中间，龙骨骨架依次渐缩，使得气囊体积逐渐缩小，负压变体飞艇的浮力逐渐减小，高度逐渐降低，直至定点回收。

2.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金温控变形的负压变体飞艇的控制方法，其特征在于：负压变体飞艇还包括水箱和水冷管；水冷管与水箱相连接，用于冷却龙骨骨架；水箱放置在吊舱中。

3.根据权利要求2所述的基于形状记忆合金温控变形的负压变体飞艇的控制方法，其特征在于：水冷管和柔性电加热器沿周向交错布设在龙骨骨架的外周。

4.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金温控变形的负压变体飞艇的控制方法，其特征在于：柔性太阳能电池朝向气囊的一侧设置有隔热层。

5.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金温控变形的负压变体飞艇的控制方法，其特征在于：龙骨骨架包括横向支撑杆、若干个十字支撑架和若干个圆环；横向支撑杆位于负压变体飞艇的中心轴线上，若干个圆环沿轴向均匀套设在横向支撑杆外周；每个圆环均通过一个十字支撑架与横向支撑杆相连接；若干个圆环的直径从中间向两侧逐渐递减。

6.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金温控变形的负压变体飞艇的控制方法，其特征在于：负压变体飞艇还包括温度控制器，温度控制器分别与柔性太阳能电池和柔性电加热器相连接。

7.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金温控变形的负压变体飞艇的控制方法，其特征在于：龙骨骨架为中空结构，柔性电加热器内置在龙骨骨架的中空腔内。