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专利号: 2020115946986
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-10
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种带有相变调节气囊的高空气球,其特征在于:包括

主气囊(302);

用于装备任务设备及载荷的载荷吊篮(308);

用于直接或间接调节高空气球压差,使得气球在高度变化时压差保持在安全范围内的相变调节气囊(330);

用于填充相变调节气囊的相变工质气体(332);

用于调控相变调节气囊内相变工质气体体积的相变设备;相变设备包括将相变工质气体液化/凝华的液化/凝华装置(336);将相变工质气化/升华的气化/升华装置(338);储存液相/固相工质的储罐(334);相变电子及配件(340);

用于控制相变设备,在不改变整个气球系统重量的前提下改变相变调节气囊的体积,从而引起气球压差的适当变化,使得气球压差保持在安全范围内的控制系统;

所述相变调节气囊可为单一配置于主气囊的内部、单一配置于主气囊外部、复合配置于主气囊的内部、复合配置于主气囊的外部、单一内外混合配置、复合内外混合配置;

当所述相变调节气囊为复合内外混合配置时:

需要降低高度时,先实施外置相变液化/凝华;如果尚未达到目标高度、并且尚未达到气泵吸气所需的最佳初始压差,则灵活选择外置相变液化/凝华或内置相变液化/凝华,继续减小压差;否则就开始实施气泵吸进空气来降低高度;如果仍未达到目标高度、并且压差已超过气泵有效吸气所需的压差上限pd_pM(h),则灵活选择外置相变液化/凝华或内置相变液化/凝华,促使压差减小;

需要提升高度时,先实施外置相变气化/升华,从而避免气泵排气过早导致球体压差可能超过安全下限;如果尚未达到目标高度、并且球体压差尚未达到安全上限,则灵活选择外置相变气化/升华或内置相变气化/升华,继续增大压差;否则就开始实施气泵排出空气来提升高度;如果仍未达到目标高度、并且因为持续排出空气导致球体压差已超过安全下限,则灵活选择外置相变气化/升华或内置相变气化/升华,促使压差增大。

2.根据权利要求1所述的带有相变调节气囊的高空气球,其特征在于:配置于主气囊外部的相变调节气囊,通过相变设备改变相变调节气囊的体积大小,从而直接改变气球的高度,间接改变气球的压差,可使气球压差保持在安全范围内。

3.根据权利要求2所述的带有相变调节气囊的高空气球,其特征在于:当主气囊的压差超过保守上限时,通过液化/凝华装置将相变调节气囊中的相变工质气体液化/凝华,从而使相变调节气囊的体积减小,直接引起气球的浮力减小,高度下降,于是周围大气压增大,间接导致气球的压差减小;

当主气囊的压差超过保守下限时,通过气化/升华装置将储罐内的液相/固相工质气化/升华成相变工质气体输送到相变调节气囊内,使相变调节气囊的体积增大,直接引起气球的浮力增加,高度上升,于是周围大气压减小,间接导致气球的压差增加。

4.根据权利要求1所述的带有相变调节气囊的高空气球,其特征在于:配置于主气囊内部的相变调节气囊,气球利用改变内置式相变调节气囊的体积,直接引起气球压差的适当变化,使得气球压差保持在安全范围内。

5.根据权利要求4所述的带有相变调节气囊的高空气球,其特征在于:主气囊的压差超过保守上限时,则通过液化/凝华装置将相变调节气囊中的相变工质气体进行液化/凝华,可以使相变调节气囊的体积减小、为升力气体留出膨胀空间,于是升力气体的体积扩张,内部压力及主气囊的压差减小,可减缓压差上升趋势;

当主气囊的压差超过保守下限,则通过气化/升华装置将储罐中的液相/固相工质进行气化/升华,可以使相变调节气囊的体积增大,于是升力气体的体积收缩,内部压力及主气囊302的压差增大。

6.根据权利要求1所述的带有相变调节气囊的高空气球,其特征在于:复合配置的主气囊内还设置有内部空气囊(314),并且设置气泵(318)吸进或排除内部空气囊中的空气以改变内部空气囊的体积,从而改变主气囊的压差,为相变调节气囊提供有利的压差条件,辅助进行高度变更,并使得气球压差保持在安全范围内。

7.根据权利要求6所述的带有相变调节气囊的高空气球,其特征在于:所述内部空气囊配置在内置的相变调节气囊内部,在需要降低高度时,首先通过液化/凝华装置收缩相变调节气囊,升力气体体内散开、压力减小,把压差降到容许的安全压差下限附近,以便气泵吸气的流率尽可能大,气泵吸气降高的同时,主气囊压差也增大,一旦增大到有效吸气压差上限,便停止进气以降低气泵功耗,并且继续收缩内部相变调节气囊;

在需要提升高度时,首先通过气化/升华装置使得内部相变调节气囊扩张,升力气体体内收紧、压力增大,把压差增加到容许的安全压差上限附近,以便为气泵排气过程主气囊接近压差安全下限;气泵排气提升高度的同时,主气囊压差也减小,一旦减小主气囊容许的压差下限,便停止排气,并且继续扩张内部相变调节气囊。