浮空器空中快速充氣系統(tǒng)、充氣方法、及其平流層浮空器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于浮空器領(lǐng)域，具體涉及一種浮空器空中快速充氣系統(tǒng)、充氣方法、及其平流層浮空器。
【背景技術(shù)】
[0002]平流層浮空器一般是在海拔20km以上高度執(zhí)行任務(wù)，平流層浮空器因其駐空時(shí)間長(zhǎng)、使用效費(fèi)低，在情報(bào)偵察、預(yù)警探測(cè)、通信中繼、信息對(duì)抗、導(dǎo)航定位、應(yīng)急救災(zāi)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等眾多領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]傳統(tǒng)平流層浮空器一般利用氦氣作為浮升氣體，部署過(guò)程需要經(jīng)過(guò)地面準(zhǔn)備、展開(kāi)、充氣、釋放、爬升和調(diào)整等階段，升空時(shí)間長(zhǎng)、部署調(diào)整難，部署時(shí)段和區(qū)域嚴(yán)重受環(huán)境因素制約，難以適應(yīng)現(xiàn)代軍事需求。
[0004]快速進(jìn)入平流層浮空器一般采用彈載發(fā)射或者機(jī)載發(fā)射的方式實(shí)現(xiàn)，與常規(guī)升空發(fā)放的平流層浮空器系統(tǒng)相比，具有快速部署、快速升空、快速響應(yīng)的特點(diǎn)。
[0005]國(guó)內(nèi)和國(guó)外對(duì)快速進(jìn)入平流層浮空器系統(tǒng)一般只進(jìn)行了探索性研究，對(duì)于快速進(jìn)入平流層浮空器空中快速充氣的技術(shù)研究基本處于空白狀態(tài)。目前尚無(wú)很好的適用于快速進(jìn)入平流層浮空器的空中快速充氣裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明旨在提供一種適用于快速進(jìn)入平流層浮空器的空中快速充氣系統(tǒng)、充氣方法及其快速進(jìn)入平流層浮空器。
[0007]本發(fā)明解決問(wèn)題的技術(shù)方案是:一種浮空器空中快速充氣系統(tǒng)，包括液態(tài)浮升氣體儲(chǔ)罐、安裝在液態(tài)浮升氣體儲(chǔ)罐出口的低溫電磁閥、與低溫電磁閥輸出端通過(guò)管道連接的噴注器、以及安裝在噴注器輸出端的質(zhì)量流量計(jì)；
所述質(zhì)量流量計(jì)與低溫電磁閥電連接。
[0008]上述方案利用高壓液態(tài)浮升氣體通過(guò)噴注器組件擴(kuò)容降壓轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，充入平流層浮空器的囊體內(nèi)從而實(shí)現(xiàn)空中快速充氣過(guò)程。
[0009]進(jìn)一步的，所述液態(tài)浮升氣體儲(chǔ)罐的外壁上螺旋盤繞有環(huán)形盤管，該環(huán)形盤管的一端與低溫電磁閥的輸出端連接，另一端與噴注器的輸入端連接。
[0010]該進(jìn)一步改進(jìn)的方案中，增加環(huán)形盤管一方面可增加液態(tài)浮升氣體與外界環(huán)境的熱交換面積和時(shí)間，提高進(jìn)入浮空器囊體內(nèi)的氣體溫度；另一方面可降低液態(tài)浮升氣體儲(chǔ)罐漏熱，防止儲(chǔ)罐在充氣前超壓。
[0011]所述噴注器可直接選用現(xiàn)有的噴注器，優(yōu)選的，所述噴注器為美國(guó)F-1發(fā)動(dòng)機(jī)直流噴注器。
[0012]此套系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)多種浮升氣體從液態(tài)到氣態(tài)的轉(zhuǎn)換。優(yōu)選的，所述液態(tài)浮升氣體儲(chǔ)罐內(nèi)裝有液氫。用液氫作為浮空器的浮升氣體，具有體積小、重量輕、方便獲取等優(yōu)點(diǎn)。并且相同體積情況下氫氣比傳統(tǒng)的氦氣能提供的更多的浮力;此外液氫價(jià)格便宜且液態(tài)溫度要高于液氦。
[0013]優(yōu)選的，所述液態(tài)浮升氣體儲(chǔ)罐內(nèi)設(shè)多層真空隔熱層。
[0014]同時(shí)，本發(fā)明還提供一種應(yīng)用上述浮空器空中快速充氣系統(tǒng)的浮空器空中快速充氣方法，其特征在于包括如下步驟:
(a)在液態(tài)浮升氣體儲(chǔ)罐內(nèi)充入高壓液態(tài)浮升氣體；
(b)打開(kāi)低溫電磁閥和噴注器，高壓液態(tài)浮升氣體經(jīng)低溫電磁閥進(jìn)入噴注器，之后經(jīng)噴注器擴(kuò)容降壓完全氣化后充入到平流層浮空器的囊體內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)液轉(zhuǎn)氣，完成快速進(jìn)入平流層浮空器空中快速充氣過(guò)程。
[0015]進(jìn)一步的，所述液態(tài)浮升氣體儲(chǔ)罐的外壁上螺旋盤繞有環(huán)形盤管，該環(huán)形盤管的一端與低溫電磁閥的輸出端連接，另一端與噴注器的輸入端連接；
相應(yīng)的，在上述步驟(b)中打開(kāi)低溫電磁閥后高壓液態(tài)浮升氣體首先進(jìn)入環(huán)形盤管，并吸收外界環(huán)境熱量完成預(yù)熱過(guò)程，預(yù)熱后的液態(tài)浮升氣體部分氣化后變成氣液兩相流，之后再經(jīng)噴注器擴(kuò)容降壓完全氣化。
[0016]本發(fā)明還提供一種快速進(jìn)入平流層浮空器，包括平流層浮空器本體，其中，所述平流層浮空器本體連接有上述方案所述的浮空器空中快速充氣系統(tǒng)，該浮空器空中快速充氣系統(tǒng)的質(zhì)量流量計(jì)輸出端與平流層浮空器本體連接。
[0017]進(jìn)一步的，所述浮空器空中快速充氣系統(tǒng)可自動(dòng)從平流層浮空器本體上脫落，二者為可拆卸連接。
[0018]本發(fā)明的工作原理為:
通過(guò)將高壓液態(tài)浮升氣體儲(chǔ)存在真空多層隔熱的儲(chǔ)罐里，高壓液態(tài)浮升氣體經(jīng)低溫電磁閥首先進(jìn)入到纏繞在儲(chǔ)罐外部的環(huán)形盤管，并吸收外界環(huán)境熱量完成預(yù)熱過(guò)程，預(yù)熱后的液態(tài)浮升氣體部分氣化后變成氣液兩相流，之后經(jīng)噴注器擴(kuò)容降壓完全氣化后充入到平流層浮空器的囊體內(nèi)。從而實(shí)現(xiàn)液轉(zhuǎn)氣，完成快速進(jìn)入平流層浮空器空中快速充氣過(guò)程。
[0019]本發(fā)明的顯著效果是:
1.本發(fā)明的空中快速充氣系統(tǒng)基本為機(jī)械部件，具備配置簡(jiǎn)單、質(zhì)量輕、運(yùn)行可靠、體積小等優(yōu)點(diǎn)，并能自主控制空中充浮升氣體的質(zhì)量流量。該系統(tǒng)為浮空器快速進(jìn)入平流層奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
[0020]2、創(chuàng)造性地利用噴注器實(shí)現(xiàn)液轉(zhuǎn)氣，噴注器作為機(jī)械部件，無(wú)需額外的能耗，即可將高壓液態(tài)浮升氣體經(jīng)過(guò)擴(kuò)容降壓轉(zhuǎn)化成氣態(tài)。
[0021 ] 3、創(chuàng)造性地在整個(gè)回路設(shè)置了質(zhì)量流量計(jì)及低溫電磁閥，使得充氣質(zhì)量流量得到自主控制，一方面可防止浮空器囊體在充氣過(guò)程中避免遭受大的沖擊，另一方面可間接調(diào)節(jié)進(jìn)入浮空器囊體內(nèi)的氣體溫度。
[0022]4、本發(fā)明應(yīng)用在快速進(jìn)入平流層浮空器上(快速進(jìn)入包括彈載發(fā)射、機(jī)載發(fā)射等不同發(fā)射形式，平流層浮空器包括不同外型的平流層浮空器)，能使空中充氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量輕、運(yùn)行可靠、體積小，能實(shí)現(xiàn)平流層浮空器空中快速充氣展開(kāi)成形，達(dá)到平流層浮空器快速機(jī)動(dòng)部署的目的。
【附圖說(shuō)明】
[0023]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0024]圖1為空中快速充氣系統(tǒng)總體配置圖。
[0025]圖中:1-液態(tài)浮升氣體儲(chǔ)罐，2-環(huán)形盤管，3-低溫電磁閥，4-噴注器，5-質(zhì)量流量計(jì)，6-平流層浮空器本體。
【具體實(shí)施方式】
[0026]如圖1所示，一種浮空器空中快速充氣系統(tǒng)，包括液態(tài)浮升氣體儲(chǔ)罐1、安裝在液態(tài)浮升氣體儲(chǔ)罐I出口的低溫電磁閥3、與低溫電磁閥3輸出端通過(guò)管道連接的噴注器4、以及安裝在噴注器4輸出端的質(zhì)量流量計(jì)5 ο所述質(zhì)量流量計(jì)5與低溫電磁閥3電連接。
[0027]所述液態(tài)浮升氣體儲(chǔ)罐I的外壁上螺旋盤繞有環(huán)形盤管2，該環(huán)形盤管2的一端與低溫電磁閥3的輸出端連接，另一端與噴注器4的輸入端連接。
[0028]所述噴注器4為美國(guó)F-1發(fā)動(dòng)機(jī)直流噴注器。
[0029]所述液態(tài)浮升氣體儲(chǔ)罐I內(nèi)裝有液氫。
[0030]所述液態(tài)浮升氣體儲(chǔ)罐I內(nèi)設(shè)多層真空隔熱層。
[0031]同時(shí)，本發(fā)明還提供一種應(yīng)用上述浮空器空中快速充氣系統(tǒng)的浮空器空中快速充氣方法，其特征在于包括如下步驟:
(a)在液態(tài)浮升氣體儲(chǔ)罐I內(nèi)充入高壓液態(tài)浮升氣體；
(b)打開(kāi)低溫電磁閥3和噴注器4，高壓液態(tài)浮升氣體經(jīng)低溫電磁閥3進(jìn)入噴注器4，之后經(jīng)噴注器4擴(kuò)容降壓完全氣化后充入到平流層浮空器的囊體內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)液轉(zhuǎn)氣，完成快速進(jìn)入平流層浮空器空中快速充氣過(guò)程。
[0032]進(jìn)一步的，所述液態(tài)浮升氣體儲(chǔ)罐I的外壁上螺旋盤繞有環(huán)形盤管2，該環(huán)形盤管2的一端與低溫電磁閥3的輸出端連接，另一端與噴注器4的輸入端連接；
相應(yīng)的，在上述步驟(b)中打開(kāi)低溫電磁閥3后高壓液態(tài)浮升氣體首先進(jìn)入環(huán)形盤管2，并吸收外界環(huán)境熱量完成預(yù)熱過(guò)程，預(yù)熱后的液態(tài)浮升氣體部分氣化后變成氣液兩相流，之后再經(jīng)噴注器4擴(kuò)容降壓完全氣化。
[0033]本發(fā)明還提供一種快速進(jìn)入平流層浮空器，包括平流層浮空器本體6，其中，所述平流層浮空器本體6連接有上述方案所述的浮空器空中快速充氣系統(tǒng)。該浮空器空中快速充氣系統(tǒng)的質(zhì)量流量計(jì)5輸出端與平流層浮空器本體6連接。
[0034]進(jìn)一步的，所述浮空器空中快速充氣系統(tǒng)可自動(dòng)從平流層浮空器本體6上脫落，二者為可拆卸連接。當(dāng)浮空器空中快速充氣系統(tǒng)完成使命之后，自動(dòng)從平流層浮空器本體6上脫落。
[0035]本發(fā)明各部件的作用如下:
液態(tài)浮升氣體儲(chǔ)罐I用于儲(chǔ)存高壓液氫，為減少液氫在充氣之前的蒸發(fā)損失，降低液態(tài)浮升氣體儲(chǔ)罐漏熱量，防止儲(chǔ)罐內(nèi)高壓液氫在充氣之前已經(jīng)超壓，液態(tài)浮升氣體儲(chǔ)罐I采用多層真空隔熱方式。
[0036]低溫電磁閥3與質(zhì)量流量計(jì)5用于聯(lián)動(dòng)控制高壓液氫流出液態(tài)浮升氣體儲(chǔ)罐I的質(zhì)量流量。空中快速充氣所需的氫氣質(zhì)量流量的值作為被控制量，通過(guò)質(zhì)量流量計(jì)5測(cè)得的實(shí)際充氣質(zhì)量流量與被控制量進(jìn)行比較，從而調(diào)節(jié)低溫電磁閥3開(kāi)度，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)空中充氣氫氣質(zhì)量流量的控制。
[0037]環(huán)形盤管2用于高壓液氫與外界環(huán)境進(jìn)行熱交換，通過(guò)吸收外界環(huán)境的熱量達(dá)到預(yù)熱的目的。
[0038]噴注器4通過(guò)將高壓液氫擴(kuò)容降壓后轉(zhuǎn)化成氣態(tài)氫，實(shí)現(xiàn)液氫轉(zhuǎn)氣的目的。
[0039]質(zhì)量流量計(jì)5用于測(cè)量進(jìn)入平流層浮空器囊體內(nèi)的氣態(tài)氫的質(zhì)量流量。
[0040]平流層浮空器是利用氫氣作為浮升氣體實(shí)現(xiàn)滯空及完成各種任務(wù)。
[0041]液態(tài)浮升氣體儲(chǔ)罐I里的高壓液氫經(jīng)低溫電磁閥3進(jìn)入到纏繞在液態(tài)浮升氣體儲(chǔ)罐外壁的環(huán)形盤管2，吸收外界熱量完成預(yù)熱。預(yù)熱后的液氫部分氣化變成氣液兩相流，之后經(jīng)噴注器4完全氣化后充入到平流層浮空器的囊體內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)液氫轉(zhuǎn)氣及快速進(jìn)入平流層浮空器系統(tǒng)空中快速充氣過(guò)程。進(jìn)入到平流層浮空器囊體內(nèi)的氫氣質(zhì)量流量由質(zhì)量流量計(jì)5和低溫電磁閥3聯(lián)動(dòng)控制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種浮空器空中快速充氣系統(tǒng)，其特征在于:包括液態(tài)浮升氣體儲(chǔ)罐、安裝在液態(tài)浮升氣體儲(chǔ)罐出口的低溫電磁閥、與低溫電磁閥輸出端通過(guò)管道連接的噴注器、以及安裝在噴注器輸出端的質(zhì)量流量計(jì)； 所述質(zhì)量流量計(jì)與低溫電磁閥電連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮空器空中快速充氣系統(tǒng)，其特征在于:所述液態(tài)浮升氣體儲(chǔ)罐的外壁上螺旋盤繞有環(huán)形盤管，該環(huán)形盤管的一端與低溫電磁閥的輸出端連接，另一端與噴注器的輸入端連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮空器空中快速充氣系統(tǒng)，其特征在于:所述噴注器為美國(guó)F-1發(fā)動(dòng)機(jī)直流噴注器。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮空器空中快速充氣系統(tǒng)，其特征在于:所述液態(tài)浮升氣體儲(chǔ)罐內(nèi)裝有液氫。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮空器空中快速充氣系統(tǒng)，其特征在于:所述液態(tài)浮升氣體儲(chǔ)罐內(nèi)設(shè)多層真空隔熱層。6.—種應(yīng)用上述權(quán)利要求1的浮空器空中快速充氣系統(tǒng)的浮空器空中快速充氣方法，其特征在于包括如下步驟: (a)在液態(tài)浮升氣體儲(chǔ)罐內(nèi)充入高壓液態(tài)浮升氣體； (b)打開(kāi)低溫電磁閥和噴注器，高壓液態(tài)浮升氣體經(jīng)低溫電磁閥進(jìn)入噴注器，之后經(jīng)噴注器擴(kuò)容降壓完全氣化后充入到平流層浮空器的囊體內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)液轉(zhuǎn)氣，完成快速進(jìn)入平流層浮空器空中快速充氣過(guò)程。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的浮空器空中快速充氣方法，其特征在于:所述液態(tài)浮升氣體儲(chǔ)罐的外壁上螺旋盤繞有環(huán)形盤管，該環(huán)形盤管的一端與低溫電磁閥的輸出端連接，另一端與噴注器的輸入端連接； 相應(yīng)的，在上述步驟(b)中打開(kāi)低溫電磁閥后高壓液態(tài)浮升氣體首先進(jìn)入環(huán)形盤管，并吸收外界環(huán)境熱量完成預(yù)熱過(guò)程，預(yù)熱后的液態(tài)浮升氣體部分氣化后變成氣液兩相流，之后再經(jīng)噴注器擴(kuò)容降壓完全氣化。8.一種平流層浮空器，包括平流層浮空器本體，其特征在于:所述平流層浮空器本體連接有上述權(quán)利要求1?5任一項(xiàng)所述的浮空器空中快速充氣系統(tǒng)，該浮空器空中快速充氣系統(tǒng)的質(zhì)量流量計(jì)輸出端與平流層浮空器本體連接。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的平流層浮空器，其特征在于:所述浮空器空中快速充氣系統(tǒng)可自動(dòng)從平流層浮空器本體上脫落，二者為可拆卸連接。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種浮空器空中快速充氣系統(tǒng),包括液態(tài)浮升氣體儲(chǔ)罐、安裝在液態(tài)浮升氣體儲(chǔ)罐出口的低溫電磁閥、與低溫電磁閥輸出端通過(guò)管道連接的噴注器、以及安裝在噴注器輸出端的質(zhì)量流量計(jì)；所述質(zhì)量流量計(jì)與低溫電磁閥電連接。本發(fā)明可應(yīng)用在快速進(jìn)入平流層浮空器上，能實(shí)現(xiàn)平流層浮空器空中快速充氣展開(kāi)成形，達(dá)到平流層浮空器快速機(jī)動(dòng)部署的目的。
【IPC分類】B64B1/62
【公開(kāi)號(hào)】CN105711802
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610226335
【發(fā)明人】周湘杰, 杜超
【申請(qǐng)人】湖南航天遠(yuǎn)望科技有限公司