浮空器及其囊体结构

本发明涉及航空技术领域，更具体地，涉及一种浮空器及其囊体结 构。

现有技术中，对于飞艇和系留气球等具有封闭式主气囊的浮空器来 说，根据主气囊内充入的气体可以划分为氢气浮空器和氦气浮空器。其 中，氢气浮空器的上升升力完全由主气囊内的氢气提供，氢气浮空器的 成本较低且自重低，可以提供较大的载重量，然而，一旦氢气浮空器出 现主气囊漏氢气的故障时，容易发生爆燃危险，安全性较低，也就限制 了氢气浮空器的广泛应用。氦气浮空器的上升升力则完全由主气囊内的 氦气提供，氦气浮空器虽然具有较高的安全性，但是氦气不易获得、价 格昂贵，而且氦气自重比氢气重，氦气浮空器的载重量要低于同样规格 的氢气浮空器的一半左右，致使氦气浮空器的成本远远高于氢气浮空器。

因此，提出一种既有利于提高浮空器的安全性能和载重量，又能降 低浮空器的成本的技术方案，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

本发明的一个目的在于提供一种浮空器的囊体结构，以有利于提高 浮空器的安全性能和载重量的同时，并可以降低浮空器的成本。本发明 的另一个目的在于提供一种浮空器。

本发明提供的浮空器的囊体结构，包括用于容纳氦气的主气囊，还 包括至少一个包裹在主气囊内部的氢气副气囊以及至少一个位于主气囊 内部的空气副气囊。

进一步地，该囊体结构还包括氢气发生装置，氢气发生装置的氢气 出口与氢气副气囊连接。

进一步地，氢气发生装置安装在主气囊内。

进一步地，氢气发生装置内设置有用于生成氢气的纳米粉末和水。

进一步地，该囊体结构还包括控制器和用于检测氢气副气囊的内气 压的传感器；控制器与氢气发生装置电连接，传感器与控制器电连接。

进一步地，该囊体结构还包括：用于检测氢气副气囊内的氢气纯度 的纯度检测装置，以及，与氢气副气囊连接的氢气纯化装置；纯度检测 装置和氢气纯化装置分别与控制器电连接。

进一步地，氢气副气囊上安装有排气装置。

进一步地，空气副气囊的蒙皮与主气囊的蒙皮具有共用的部分；氢 气副气囊靠近主气囊的顶部设置，空气副气囊设置在主气囊的底部，空 气副气囊与氢气副气囊彼此隔开预定距离。

本申请的发明人在深入分析氢气浮空器和氦气浮空器优缺点的基础 上，为了兼顾浮空器的安全性和成本，提出了上述的浮空器的囊体结构。 在该浮空器的囊体结构中，主气囊中容纳安全性高的氦气，在主气囊内 部包裹至少一个氢气副气囊和至少一个空气副气囊，从而使得具有该囊 体结构的浮空器可以由主气囊中的氦气和氢气副气囊中的氢气共同提供 的升力升空。因为氢气容易获得且成本低、自重低，因此有利于降低浮 空器的成本并提高浮空器的载重量，更为重要的是，采用该囊体结构的 浮空器，相当于通过氦气这种不可燃气体来隔离氢气副气囊和空气接触， 也就大大减低了氢气燃爆危险的可能性，从而有利于提高浮空器的安全 性。

在进一步的技术方案中，该囊体结构还包括氢气发生装置，氢气发 生装置的氢气出口与氢气副气囊连接。这样，当氢气副气囊在工作过程 中发生泄漏时，无需打开氢气副气囊，通过氢气发生装置即可向氢气副 气囊内自动补充氢气，有利于降低浮空器的维护成本。

本发明提供的浮空器，具有上述的浮空器的囊体结构。

进一步地，该浮空器还包括：位于主气囊内部的龙骨架；位于主气 囊尾部的尾翼；以及，吊挂在主气囊下方的吊舱。

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发 明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当 限定。在附图中：

图1示意性示出了本发明实施例提供的浮空器的结构。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中 的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1示出了本发明实施例提供的浮空器的结构，且其中还示出了本 发明实施例提供的浮空器的囊体结构的结构。本实施例中的浮空器以飞 艇为例，可以理解，虽然本实施例中浮空器以飞艇为例，但在其他实施 例中，浮空器还可以为系留气球或其他具有封闭式主气囊的浮空器。

由图1中可以看出，该浮空器的囊体结构(以下简称囊体结构)包 括用于容纳氦气的主气囊1，和至少一个包裹在主气囊1内部的用于容 纳氢气的氢气副气囊2。通过在主气囊1中容纳安全性高的氦气，在氢 气副气囊2中容纳氢气，使得具有该囊体结构的浮空器可以由主气囊1 中的氦气和氢气副气囊2中的氢气共同提供的升力升空。因为氢气容易 获得且成本低、自重低，因此有利于降低采用该囊体结构的浮空器的成 本并提高浮空器的载重量，更为重要的是，采用该囊体结构的浮空器， 相当于通过氦气这种不可燃气体来隔离氢气副气囊2和空气接触，也就 大大减低了氢气燃烧爆炸的可能性，从而有利于提高浮空器的安全性。

由图1中可以看出，本实施例提供的囊体结构优选地还包括氢气发 生装置3，氢气发生装置3的氢气出口与氢气副气囊2连接，用于向氢 气副气囊2补充氢气。氢气发生装置3可以是内部设置有用于生成氢气 的纳米粉末和水的装置，纳米粉末例如可以采用纳米粉末形态的氢化物， 根据氢化物的水解原理，纳米粉末与水反应生成氢气，而且采用纳米粉 末形态的氢化物进行水解可以大大改善水解动力学特性；或者，氢气发 生装置3还可以为其他适合应用于浮空器的装置。这样，当氢气副气囊 2在工作过程中发生泄漏时，无需打开氢气副气囊2，通过氢气发生装置 3即可向氢气副气囊2内自动补充氢气，进而降低浮空器的维护成本。 优选地，氢气发生装置3安装在主气囊1内，例如可以固定在主气囊1 内部的龙骨架上，使其氢气出口通过管路与氢气副气囊相通；或者，氢 气发生装置3还可以安装在氢气副气囊2内，例如可以固定在安装于氢 气副气囊2顶部蒙皮的法兰上，这样，氢气发生装置3同样通过主气囊 1内的氦气与空气隔离，进一步提高了浮空器的安全性。

另外，为实现氢气发生装置3向氢气副气囊2补充氢气过程的自动 控制以及及时性，优选地，该囊体结构还包括控制器和用于检测氢气副 气囊2的内气压的传感器，其中，传感器与控制器电连接，控制器与氢 气发生装置3电连接。当浮空器工作时，传感器将氢气副气囊2的内气 压信息传递给控制器，如果氢气副气囊2发生泄漏，导致氢气副气囊2 的内气压低于预设值时，控制器则向氢气发生装置3发出启动生成氢气 的信息，生成的氢气补充到氢气副气囊2内，从而达到自动随时补充氢 气的目的。可以理解，当氢气副气囊2的内气压达到预设值时，还可以 通过控制器向氢气发生装置3发出停止生成氢气的信息，实现氢气副气 囊2补充氢气过程的自动控制。

此外，该囊体结构优选地还包括：用于检测氢气副气囊内的氢气纯 度的纯度检测装置，以及，与氢气副气囊连接的氢气纯化装置。纯度检 测装置和氢气纯化装置，分别用于与控制器电连接并安装在囊体结构的 合适位置。这样，当氢气副气囊因泄漏或者其他原因造成氢气副气囊内 的氢气受到污染时，通过纯度检测装置将氢气副气囊内的氢气纯度信息 传递给控制器，如果氢气副气囊内的氢气纯度低于预设值时，控制器可 以控制氢气纯化装置启动工作，使得氢气副气囊内的气体经过氢气纯化 装置提纯后返回至氢气副气囊中，以保证氢气副气囊内的氢气纯度不在 其爆炸极限范围内，进而提高浮空器的作业安全性。

优选地，氢气副气囊上还可以安装有用于排放氢气副气囊内气体的 排气装置(图中未示出)，排气装置例如为氢气阀门等合适的结构，以避 免因氢气副气囊内的气压过大造成氢气副气囊的破坏。

由图1中还可以看出，该囊体结构还包括至少一个位于主气囊1内 部的空气副气囊4，空气副气囊4用于容纳空气，通常配有排气装置41， 排气装置41例如包括排风扇、排气阀等。通过设置空气副气囊4，当浮 空器在高空工作时可以保持主囊体1内外合理的压差，防止主气囊1胀 破。空气副气囊4的工作原理具体如下：在浮空器升空之前，空气副气 囊4中充进空气；随着浮空器上升高度的增加，外部环境气压降低，主 气囊1内外压差增大，主气囊1膨胀，此时打开空气副气囊4的排气装 置41，空气副气囊4受到主气囊1内氦气的挤压缩小，同时使得主气囊 1的内气压减小，可以保证主气囊1不被胀破，保证浮空器在空中的外 形和浮力。可以理解，空气副气囊除了配置排气装置41外，还配置有进 气装置(图中未示出，例如鼓风机，鼓风机可以固定在主气囊的外表面 上，通过管道连通空气副气囊与外界空间；或者鼓风机也可以固定在空 气副气囊的外侧)，用于向空气副气囊内补充空气，空气副气囊的气压测 量与进排气操作通过相应的控制系统进行控制，在此不再赘述。

优选地，空气副气囊4的蒙皮与主气囊1的蒙皮具有共用的部分， 这样有助于进一步降低浮空器的自重，进而可以提高浮空器的载重量。 优选地，空气副气囊4与所述氢气副气囊2彼此隔开预定距离，在空气 副气囊4充满时与氢气副气囊2互不干涉。优选地，本实施例中还示出 了氢气副气囊2和空气副气囊4的优选布置方式，如图所示，可以将氢 气副气囊2靠近主气囊1的顶部设置，空气副气囊4设置在主气囊1的 底部。可以理解，氢气副气囊2和空气副气囊4的安装方式可采用目前 各类飞艇空气副气囊的安装方式进行安装，即直接焊接对应的蒙皮材料 于设计好的主气囊1相应部位以形成各个不同的独立气室。

再来参见图1，本发明实施例提供的浮空器具有上述的浮空器的囊 体结构。因本发明实施例提供的浮空器的囊体结构可以达到上述技术效 果，应用有该囊体结构的浮空器也应具备相应的技术效果，在此不再赘 述。

优选地，该浮空器还包括：位于主气囊1内部的龙骨架，位于主气 囊1尾部的尾翼5，以及，吊挂在主气囊1下方的吊舱6。其中，尾翼5 起到稳定控制作用；吊舱6可以通过吊挂绳与主气囊1或者空气副气囊 4连接。另外，对于飞艇式的浮空器来说，通常还包括有推进装置，用 于为飞艇的起飞、降落和空中悬停提供动力。推进装置可以是螺旋桨、 喷气装置或者是其他的动力装置，依据动力施加方向的需要，设置在浮 空器、吊舱等外表面上。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本 发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包 含在本发明的保护范围之内。