本發(fā)明專利技術涉及一種大體型飛艇的剛性結構體系，包括預應力結構體系和柔性外囊體結構。其中預應力結構體系由中芯軸、預應力加勁環(huán)、縱向連接桿組成；中芯軸位于飛艇囊體縱向中心并貫穿飛艇囊體的首尾，所述中芯軸上設有若干同心的預應力加勁環(huán)，在所述若干預應力加勁環(huán)的外端之間通過縱向連接桿連接，并形成封閉的結構體系；柔性外囊體結構采用薄膜材料包裹在上述結構外部。本發(fā)明專利技術提高了大體型飛艇的整艇力學性能與飛行能力，并具備保形上升/下降，使飛艇在規(guī)定的大氣環(huán)境下具備良好的飛行能力與應急狀態(tài)下的返場能力。
【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術涉及一種適合于低空載重飛艇、中空飛艇以及平流層等大體型飛艇的剛性結構體系，屬于飛艇的結構
技術介紹
球類的浮空平臺，由于其氣動外形特征導致大阻力效應，無法依靠推進系統(tǒng)進行主動的水平位置調整，屬于漂浮類平臺；流線外形的飛艇類具有較好的氣動效應，屬于飛行類平臺。柔性結構適合于低空輕載的小體型飛艇；對于低空載人或者重載飛艇，剛性結構骨架可以有效地分布搭載荷載，避免產生對囊體結構的應力集中。同時，在囊體結構出現(xiàn)破損的情況下，可以保持既有的外形而保持繼續(xù)飛行的能力，具有更好的飛行安全性。現(xiàn)代德國的低空載人齊柏林飛艇即采用了三角桁架形式的剛性結構。中高空飛艇包含平流層飛艇和運行高度為4-8km的對流層飛艇，其體量大，采用柔性結構方式則導致飛艇整體結構的剛度小，外氣囊的應力水平高；柔性結構方式還導致艇上吊艙以及推進裝置等附屬設備安裝困難，外氣囊的應力集中現(xiàn)象突出，飛行執(zhí)行機構的效率低下。采用剛性結構體系則可以有效地緩解柔性結構方式不足，降低對囊體材料的力學性能要求，并使飛艇在飛行的全過程中有效地保持飛艇的外形，提高飛行的安全性。對于平流層飛艇而言，采用剛性結構形式可以解決飛艇在上升或下降過程中進行巨量的氣體調整的要求，實現(xiàn)保形上升或下降，從而具備飛行返航功能；浮重平衡條件是剛性結構的飛艇的重要制約因素。為了對剛性結構的重量組成進行控制，本專利技術提出了由拉桿與管件構成的預應力剛性結構體系的技術方案與實施方法。根據(jù)飛艇的工作及環(huán)境產生的力學荷載特征，提出了雙重預應力剛性體系，即：輪轂狀的預應力加勁環(huán)，通過施加預應力的縱向連接桿系連接中芯軸與預應力加勁環(huán)而構成的整體剛性結構體系。雙重預應力剛性結構體系充分發(fā)揮了結構桿件的力學性能，最大限度地降低了剛性結構的自重。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術為解決現(xiàn)有問題，旨在提供一種大體型飛艇的剛性結構體系。本專利技術采用的技術方案包括預應力結構體系和柔性外囊體結構，其中預應力結構體系由中芯軸、預應力加勁環(huán)、縱向連接桿組成，中芯軸位于飛艇囊體縱向中心并貫穿飛艇囊體的首尾，所述中芯軸上設有若干同心的預應力加勁環(huán)，在所述若干預應力加勁環(huán)的外端環(huán)體之間通過縱向連接桿連接，并形成封閉的結構體系；柔性外囊體結構采用薄膜材料包裹在上述結構外部。其中，所述預應力加勁環(huán)呈輪轂狀，包括環(huán)管、中心管和若干預應力拉桿，其中，所述中心管套在中芯軸上，若干預應力拉桿沿環(huán)管均勻分布，其一端連接在中心管上的張力固定盤，其另一端與圓弧狀的環(huán)管連接并構成輪轂狀結構。其中，所述沿環(huán)周分布的縱向連接桿分別連接相鄰預應力加勁環(huán)的環(huán)管。其中，所述張力固定盤固定于中心管上且定位于環(huán)管垂直位置的兩側。其中，在中芯軸的兩端分別設有頭錐盤和尾錐盤。其中在艇體首部或者尾部位置，縱向連接桿的一端分別連接第一個或者最后一個預應力加勁環(huán)的環(huán)管，縱向連接桿的另一端連接頭錐盤或者尾錐盤。其中，外囊體結構由囊體上預置的連接袢與環(huán)管進行綁扎連接。其中，所述中芯軸由中空碳纖維直管構成。和現(xiàn)有技術相比，本專利技術的結構體系清晰、各組成部分的力學作用明確、傳力途徑簡潔，整體結構體系具有良好的力學穩(wěn)定性；在外囊體承受負壓差或者外囊體局部破損情況下，飛艇艇身保持基本外形；在飛艇上升及下降過程中，飛艇艇身能保持基本外形；本發(fā)明提高了大體型飛艇的整艇力學性能與飛行能力，并具備保形上升/下降，使飛艇在規(guī)定的大氣環(huán)境下具備良好的飛行能力與應急狀態(tài)下的返場能力。附圖說明圖1為專利技術的結構示意圖；圖2為預應力加勁環(huán)的結構示意圖；圖3為預應力加勁環(huán)的結構示意圖；參見附圖，1—中芯軸；2—預應力加勁環(huán)；3—縱向連接桿；4—預應力結構；5—柔性外囊體結構；6—環(huán)管；7—預應力拉桿；8—中心管；9—張力固定盤；10—頭錐盤；11—尾錐盤。具體實施方式現(xiàn)結合附圖對專利技術作進一步地說明。參見圖1、圖2和圖3，圖1、圖2和圖3展示的是本專利技術的一個實施例。本實施例由碳纖維制的環(huán)管6、碳纖維制的預應力拉桿7、中心管8以及張力固定盤9組成由輪轂狀的預應力加勁環(huán)2；由中芯軸1、預應力加勁環(huán)2以及縱向連接桿3組成整體的預應力剛性結構體系；由外蒙皮及預應力剛性結構體系構成飛艇的艇體結構。本實施例包括預應力結構體系4和柔性外囊體結構5。其中預應力結構體系4由中芯軸1、預應力加勁環(huán)2、縱向連接桿3組成。中芯軸1由中空碳纖維直管構成，位于飛艇囊體縱向中心并貫穿飛艇囊體的首尾；所述中芯軸1上設有若干同心的預應力加勁環(huán)2，在所述若干預應力加勁環(huán)2的外端之間通過縱向連接桿3連接，并形成封閉的結構體系；柔性外囊體結構5采用薄膜材料由囊體上預置的連接袢與預應力加勁環(huán)2進行綁扎連接。所述預應力加勁環(huán)2呈輪轂狀，包括環(huán)管6、中心管8和若干預應力拉桿7。其中，所述中心管8套在中芯軸1上，若干預應力拉桿7沿環(huán)管6均勻分布，其一端連接在中心管上的張力固定盤9，其另一端與圓弧狀的環(huán)管6連接并構成輪轂狀結構。其中，所述沿環(huán)周分布的縱向連接桿3分別連接相鄰預應力加勁環(huán)2的環(huán)管6。其中，所述張力固定盤9固定于中心管8上且且定位于環(huán)管2垂直位置的兩側。其中，在中芯軸1的兩端分別設有頭錐盤10和尾錐盤11。其中在艇體首部或者尾部位置，縱向連接桿3的一端分別連接第一個或者最后一個預應力加勁環(huán)2的環(huán)管6，縱向連接桿3的另一端連接頭錐盤10或者尾錐盤11。在上述結構實施時，按照以下步驟進行：步驟1：中芯軸1的連接。以環(huán)氧樹脂作為粘結劑，將制造過程中分段的中芯軸1套接成設計長度；步驟2：環(huán)管6的連接。以環(huán)氧樹脂作為粘結劑，將制造過程中分段的弧形碳纖維的環(huán)管6套接成設計直徑的圓環(huán)；步驟3：預應力加勁環(huán)2的張拉。將張力固定盤9套入中心管8，定位后以環(huán)氧樹脂作為粘結劑予以固定；在臺架工裝上，通過碳纖維預應力拉桿7連接環(huán)管6與張力固定盤9，并對碳纖維的預應力拉桿7施加預應力；步驟4：將各節(jié)段的預應力加勁環(huán)2的中心管8按順序套入中芯軸1并初步定位；安裝頭錐盤10與尾錐盤11；步驟5：在艇體中部，將縱向聯(lián)系桿3連接相鄰的預應力加勁環(huán)2；在艇體首位部，將縱向聯(lián)系桿3連接預應力加勁環(huán)2與頭錐盤10或尾錐盤11并施加預應力；步驟6：以環(huán)氧樹脂作為粘結劑，對中心管8與中芯軸1進行膠結固定；步驟7：將薄膜材料的柔性外囊體結構5套入成形的剛性結構體系。上述實施例中，由中芯軸1、預應力加勁環(huán)2以及縱向連接桿系3組成的剛性結構體系4承擔吊掛荷載、氣動荷載產生的彎矩，以及艇體附加結構產生的本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種大體型飛艇的剛性結構體系，其特征在于：包括預應力結構體系（4）和柔性外囊體結構（5）；其中預應力結構體系（4）由中芯軸（1）、預應力加勁環(huán)（2）、縱向連接桿（3）組成，所述中芯軸（1）位于飛艇囊體橫截面中心并貫穿飛艇囊體的首尾，所述中芯軸（1）上設有若干同心的預應力加勁環(huán)（2），在所述若干預應力加勁環(huán)（2）的外端環(huán)體之間通過縱向連接桿（3）連接，并形成封閉的預應力結構體系（4）；柔性外囊體結構（5）采用薄膜材料并包裹在上述預應力結構的外部。
【技術特征摘要】
1.一種大體型飛艇的剛性結構體系，其特征在于：包括預應力結構體系（4）和柔性外囊
體結構（5）；其中預應力結構體系（4）由中芯軸（1）、預應力加勁環(huán)（2）、縱向連接桿（3）組成，
所述中芯軸（1）位于飛艇囊體橫截面中心并貫穿飛艇囊體的首尾，所述中芯軸（1）上設有若
干同心的預應力加勁環(huán)（2），在所述若干預應力加勁環(huán)（2）的外端環(huán)體之間通過縱向連接桿
（3）連接，并形成封閉的預應力結構體系（4）；柔性外囊體結構（5）采用薄膜材料并包裹在上
述預應力結構的外部。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種大體型飛艇的剛性結構體系，其特征在于：所述預應力加
勁環(huán)（2）呈輪轂狀，包括環(huán)管（6）、中心管（8）和若干預應力拉桿（7）；其中，所述中心管（8）套
在中芯軸（1）上，若干預應力拉桿（7）沿圓弧狀環(huán)管（6）均勻分布，其一端連接在中心管（8）
上的張力固定盤（9），其另一端與圓弧狀的環(huán)管（6）連接并構成輪轂狀結構。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：付功義，王彥廣，李炎，陳務軍，
申請(專利權)人：付功義，王彥廣，李炎，陳務軍，
類型：發(fā)明
國別省市：上海;31
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