專利名稱：作為電信和/或其它科學(xué)目的的平臺的無人駕駛的飛行器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按權(quán)利要求1前序部分所述的無人駕駛的飛行器，它作為電
信禾P/或其它科學(xué)目的的平臺處于平流層中的預(yù)定高度。
現(xiàn)有技術(shù)
例如由US5， 104， 059已知j細(xì)充有氣體的高壓氣嫩每不同的通信禾P/鵬 測平臺安置在平流層中。
與戶刑胃低壓氣球不同的是，高壓氣球可以長時間保留在平流層中。由于高壓 氣球在白天和夜間遭受的極端的 驢^^種高壓氣球帶來了特另啲問題。在白天， 氣球表面受到直接的太陽輻射，由于太陽輻射，氣球內(nèi)部的氣體升溫，由此氣壓 升高。相反，在夜間，環(huán)境和氣術(shù)鵬陶氏，并且由此在高壓氣球中的氣體壓力 降低。劍處于高壓下的高壓氣球的材料和結(jié)構(gòu)提出了附力啲要求。此外，使得 維持平臺相對于地球的高度和4體變得困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于樹共一種Jl^，的無人駕駛的飛行器，其中攜帶平臺的
且充有氣體的高壓氣球可以以最佳的方式被保持舒; #望的高度和位置，財卜，
該高壓氣球具有較長的iOTa。
根據(jù)本發(fā)明，本發(fā)明的目的ffi31具有權(quán)利要求l特征的飛行默導(dǎo)以實(shí)現(xiàn)。 按本發(fā)明的飛行器的其它雌技術(shù)方案構(gòu)成了AM權(quán)利要求的主題。 對于按本發(fā)明的飛行器，其中高壓氣球設(shè)置在平流層內(nèi)可以充氣到空氣動力 學(xué)外形的外氣球內(nèi)，該外氣球形成至少一個圍繞高壓氣球的可以填充介質(zhì)的低壓 或高壓隔絕腔，其中設(shè)置用于在隔絕腔中循環(huán)的介質(zhì)的加熱和7賴卩驢，由此， 在很対呈度上避免了極端盼驢對高壓氣球中的氣壓的負(fù)面影響，從而該高壓氣 球可以由更輕且更便宜的材料制成，并持久i鵬高該高壓氣球的4頓驗(yàn)，這也 是由于在平臺上安裝螺旋槳，而不是在氣球上安裝螺旋槳。
由于高壓氣球內(nèi)在很大程度上恒定的壓力以及處于外氣球之外的可電驅(qū)動 的螺旋槳，平臺相對于地球的^體可以在更長的時間內(nèi)保持盡可能不變。如果《OT空氣，iM;在平流層中才給外氣球充氣^在地面上給外氣球充氣 并使其具有空氣動力學(xué)的形狀，那么按本發(fā)明的飛行器可以毫無問題地穿ax^荒 層上升到戶儲望的20-30公里的高度，這與已知的具有金屬架的齊柏林型飛行器 不同，在這種齊柏林型飛行器中正是在這個上升階S^、須^艮下面還要進(jìn)一步說 明的M問題。


下面參照附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。其中示意性示出的是 圖i是按本發(fā)明的飛行器的一個實(shí)施例的示意側(cè)視亂
圖2A是按圖1的飛行器的一部分的，纖面圖，具有加熱單元和7賴卩單元的 線路圖，其中砂卜部的隔絕腔中j頓空氣；
圖2B是按圖1的飛行器的一部分的fM面圖，具有加熱單元和7賴卩單元的 線路圖，其中砂卜部的隔絕腔中4頓氦氣；
圖3是按本發(fā)明的飛行器另一個實(shí)施例的與圖2對應(yīng)的視圖4是飛行器的平臺的/Xi:面看的示意圖5是按本發(fā)明的飛行^i:升到平流層中時的示意亂
圖6是平臺在飛回到地球上時從后面看的視圖。
具體實(shí)M式
圖1示意性示出了一種無人駕駛的飛行器1，特別是用于^31信和/或其它 科學(xué)目的設(shè)置的處于平流層中的平臺IO，即附胃的"高空平臺"。該飛行器l在 jJt^fM控制，使得它相對于i鵬占據(jù)靜止糊體，或者例如當(dāng)該飛行器1應(yīng)該 相對于宇宙中的週靜止iikiS行飛行定位時，該飛行器1也可以相對于地球運(yùn)動 iikiS行設(shè)置。該飛行器不，合作為用于電信的傳懶占，而且也適M科學(xué)測量 目的、用于電視臺和職電臺的傳f^占、Mf相的、作為氣彰占等。它配備有GPS 和其它控制裝置，從而可以自動地在飛行器上控制飛行器，其中所述飛行器與地 面上的控制中心在一定禾i^h^程控制地形成電子縣。
根據(jù)圖1,飛行器1已經(jīng)處于戶儲望的風(fēng)剝特禾啲20—30公里(km)的 高度。M相應(yīng)^S ("有交i^荷飛機(jī)(Payload plane)")的平臺10 Mil充有
氣體im充有氦氣的高壓氣球n攜帶。作為 方案，可以考慮將平臺10借助
鄉(xiāng)約球11延伸的承載件17例如帶^f以件承載。
4mt也具有南瓜幵m或其它鵬犬的高壓氣球11 ("南瓜氣球")處于具有空氣動力學(xué)外形的外氣球12的內(nèi)部，在平臺10借助高壓氣球11毫無問題也穿艦
流層至IMJ5儲望的特別是20.7公里(km)的高度后，才給外氣球12填充介質(zhì)并 充氣至空氣動力學(xué)的外形。
夕卜氣球12的后端裝有升降舵和垂魏翼13、 14。 it^卜，設(shè)置相對于旋轉(zhuǎn)的 地球保持飛行器或平臺位置的裝置，這些 包括設(shè)置在平臺IO外面的可電驅(qū)動 的螺旋槳15，該螺旋槳15用于飛行器的前皿動或也可用于飛行器的穩(wěn)定。對 此，以獨(dú)特的車嫩動螺旋槳15，使得飛行器相對于地;糠面始剤呆持在同一方 向。螺旋槳15可以可轉(zhuǎn)動地設(shè)置在平臺10上，并且由此用于±^兩種目的。此 外，按本發(fā)明的飛行器l裝有控制驢和電子自動駕駛系統(tǒng)。
在圖1和2A示意性示出的飛行器翅方案中，{頓外部空氣作為用于±真充 夕卜氣辦口給外氣球充氣的介質(zhì)。圍繞高壓氣球ll形成充有外部空氣的低壓或高壓 隔絕腔20，在隔鄉(xiāng)空20中泵入外部空氣并形成循環(huán)，其中設(shè)置按本發(fā)明的^fi， MS些體加滅隔鄉(xiāng)空20中循環(huán)的空氣^I51熱交換進(jìn)行7t4口，由此可以說 使得高壓氣球11不會穀,如夜間和白天驢的影響，并且其氣體壓力刻膽可 能小。也可以采用氦氣或其它的氣體或者甚至具有高隔絕值的泡沫型物質(zhì)例如聚 苯乙烯泡沫塑料來替代空氣作為介質(zhì)。
如圖2A所示，外部空氣借助泵21泵入W禁音22中并AAJ哩經(jīng)供給管線23 輸想lj隔絕腔20中，其中另124用于空氣循環(huán)。由泵24經(jīng)排出管線25從隔 絕腔20抽出的空氣經(jīng)設(shè)置砂卜氣球12之外的7賴卩單元30和同樣設(shè)置砂卜氣球 12之外的加熱單元31再到達(dá)供纟^t線23，而后fflil供給管線23再^A隔絕腔 20。 7賴卩單元30和加熱單元31 ^!tb有選^t創(chuàng)OTo
在白天由作用至U外氣球12上的太陽輻射在隔絕腔20中變熱的空氣在;ti卩單 元30中被7賴卩，相反，夜間在隔絕腔20中變冷的空氣在加熱單元31中被加熱。 這種過程這樣控制，使f雜隔絕腔20中循環(huán)的空氣的^jt波動保持盡可能小。為 此目的，設(shè)置壓力測量驢26禾口 鵬測4^a 27，它們與未詳細(xì)示出的控制單 7f^^接用于自動調(diào)節(jié)。
7賴睥元22是一種熱交換器，其中充分利用作為7賴口介質(zhì)的外部空氣的低 溫(—4(TC^g低)。由此，冷空氣iMMA管線30，作為^4卩介質(zhì)^[頓，它相應(yīng) 地再借助管線30"排出。
力口熱單元21艦電工作。為了產(chǎn)生電iit^用太陽能，對此，夕卜氣球12的基礎(chǔ)材料是聚乙烯，該外氣球12在其表面上設(shè)有太陽能收織40。白^^太陽輻
射產(chǎn)生的電能借助蓄電池存儲。
根據(jù)本發(fā)明，夕卜氣球12還設(shè)有紅外線收劁莫41， ffl31它利用夜間來自于地 球的紅外線輻射。設(shè)置在太陽能收纖40內(nèi)側(cè)的紅外線收劁莫41 4腿由暗色的 約12 u m厚度的鋁膜、彩漲^l似槲勾成。不俗卜氣球12而且與氦儲存器43 連接的高壓氣球11 由透明的塑料材料制成，其中砂卜氣球12的朝向ifeE求的 內(nèi)側(cè)i體紅外線收劁莫41 o紅外線輻射從下面穿過兩^球并且由此幫助按^Jt 州嘗否則的話會在夜間發(fā)生的7賴卩。
不僅砂hf則而且在內(nèi)側(cè)，太陽能收劁莫和紅外線收劁莫由塑茅車泡沫層例如聚 苯乙烯驢，以使氣I綠面不會!Mit加熱。
氦儲存器43經(jīng)管線49與高壓氣球11的內(nèi)部 。泵47離多使得氦氣充入 到高壓氣球11中或充入到附加填充氦氣的氣球58中，其中氣球58設(shè)置在平板 10內(nèi)gJ^外并用作調(diào)節(jié)齡飛行器高度的W嘗腔。在管線49中同樣設(shè)置可掛共 給控制單元的壓力測量裝置48。
用于外部空氣的掘W敦萏22負(fù)責(zé)在低壓或高壓隔絕腔20中保持恒定的壓 力和恒定的容積，并由此也負(fù)責(zé)維f教卜氣球12的空氣動力學(xué)外形。
在圖2B的線路圖中，與圖2A的線路圖所不同的是，作為隔絕氣l杯采用空 氣，而是采用氦氣。因此，儲備容器22'中的氦氣導(dǎo)入隔絕腔20中。在其余方面 設(shè)置了與圖2A中相同的驢，它們具有相同的附圖添己。因it樹此不再進(jìn)行贅 述。
如圖2A， 2B或圖3所示，所有，如7賴卩單元22和加熱單元21等均包含 在平臺10內(nèi)。當(dāng)然，其它未詳細(xì)示出的儀器和體如齢的電子驢、蓄電池、 控制，等也安裝在平臺10內(nèi)。
在圖3示出的無人駕駛的飛行器1'的 方案中,充氣到空氣動力學(xué)糊犬 的夕卜氣球12'，而這里圍繞著高壓氣球11形成兩^M氐壓或高壓隔絕腔50、 51。外 氣球12'具有夕卜層55和內(nèi)層56，在它們之間形成充有循環(huán)的介質(zhì)的第一隔絕腔50， 在該實(shí) 案中所述介質(zhì)借助^4卩單元317轉(zhuǎn)卩，并且借助加熱單元31'加熱。此 外，與圖2類似，W嘗箱22，設(shè)有泵21'、壓力禾W鵬測量體。
在這種翅方案中，作為介質(zhì)f柳氦，其比重小于空氣的比重。Mffl向高壓 氣球ll的儲存器43'和43"掛共氦，其中一W諸存器43'充有液態(tài)的氦，而另一個充有氣態(tài)的氦。儲存器43'、 43"還與附加的充有氦的氣球58連接，該氣球58用 于調(diào)節(jié)飛行器高度。泵44或者將氦在高壓下從儲存器43"導(dǎo)入到氣球11中，或 ^Mi録將氣球11中的氦排到附力啲氣球58中，以保證氣球ll中的壓力恒定。 ili^種方式，M51輸A^排出附加空氣，原貝廿jba,改變飛行器1的高度。 此外，設(shè)置過壓閥45和未詳細(xì)示出的壓力測量裝置。
在內(nèi)層56和高壓氣球11之間形成的另H氐壓或高壓隔絕腔51借助泵21'從 W嘗箱22'填充外部空氣?？諝饨柚懦隹?59從隔絕腔51排出，使得保銜刻空 51中的壓力恒定。相應(yīng)還育,測量壓力和距海平面的高度荊專避啦制單元，這 她沒有詳細(xì)示出。
與按圖2的M方案類似，夕卜氣球12'也設(shè)有太陽能收劁莫40和紅外線收集
膜41， m它們在白天利用太陽輻射，而在夜間禾,來自于旭求的紅外線輻射。
在按圖3的實(shí) 式中，與圖2的實(shí)M式相比較皿一步改善了在、M波 動方面對高壓氣球11的保護(hù)。M使按本發(fā)明的飛行器1或者說r的高壓氣球 11中的氣壓拍艮対M^i:保持恒定，并且不受極端的白W夜間、驢的負(fù)面影響， 飛行器育,保樹頓明顯更長的時間，并連同平臺IO相對于地球(戯目對于軀求 上確定的區(qū)域)更好地保持其，。
圖4示出了呈希臘字母A形的平臺10的俯視圖。為該平臺IO配設(shè)了多個、 例如四個在其后側(cè)分布布置的、由電動機(jī)15'驅(qū)動的螺旋槳15。如上所述，這些 螺旋槳15以各自的轉(zhuǎn)速ltt動并皿外可車轉(zhuǎn)加也設(shè)置，使得飛行器l相對于地球 表面處于確定的位置和方向，iM處于地球的旋轉(zhuǎn)方向并由此相對于地itt面總 尉呆持在同一位置和方向。此外，為平臺10的后側(cè)配設(shè)了尾翼19用于調(diào)節(jié)平臺 10的高度。
圖4的平臺10優(yōu)選根據(jù)空氣動力學(xué)原理這樣構(gòu)成，即它倉的多與屬于平臺10 的"有J媳荷飛機(jī)"的滑翔傘一起如自動飛行器一樣鵬,回到地球。
飛行器l當(dāng)然配有^M的控制裝置，使得其自動相對于地 面處于戶 望 的位置。此外它與地球上的控制中心通信，從而執(zhí)行翻交換和來自地球的控制方案。
在飛行器UAt也球上升時，根據(jù)圖5該飛行器l^i^配有附力啲氣球5，通 過它們f詢多實(shí)現(xiàn)快息升，從而在短時間內(nèi)穿M)(t流層。 一但飛行器i4A平流層， 可以脫開這m球。原則上飛行器也可以不用附加的氣球到i^儲望的高度。在氦氣或其它氣體泵入到氣球58中之后，Sil將承載件17與平臺10松開， 實(shí)現(xiàn)平臺10與氣球11、 12的分離，此后平臺下降。必要時在不同的高度打開不 同的降落傘，其中在約3至5公里的高度，按圖6打開滑翔傘61，平臺10借助 工作的螺旋槳15返回至(Jii^t上戶蹄望的^S。 313±滑翔傘61的攜帶支持，平臺 10會詢多具有較小的尺寸。乘lj下的氣球ll、 12在大氣中鵬。
也可以采用其它氣懶卩氧氣、氬氣^m似氣體割戈氣球中的氦氣或空氣，并 且也可以采用噴氣llit^S^^^g替fm點(diǎn)鬼槳15。
權(quán)利要求
1.無人駕駛的飛行器，它作為電信或其它科學(xué)目的的平臺用于定位在平流層中預(yù)定的高度，包括攜帶平臺(10)的并充有氣體的高壓氣球(11)以及相對于地球保持平臺位置的裝置，其特征在于所述高壓氣球(11)設(shè)置在至少一個在平流層中具有空氣動力學(xué)外形的外氣球(12；12’)內(nèi)，該外氣球(12；12’)形成至少一個圍繞高壓氣球(11)的可填充介質(zhì)的低壓或高壓隔絕腔(20；50)，其中設(shè)置用于在隔絕腔(20；50)中循環(huán)的介質(zhì)的加熱和冷卻裝置，并且相對于地球保持平臺位置的裝置包括位于外氣球(12；12’)外的可驅(qū)動的螺旋槳(15)或這類裝置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的飛行器，其特征在于用于加熱或7軸卩狄隔絕腔(20;50)中的循環(huán)的介質(zhì)的加熱和7賴卩^g包括加熱單元(31; 31，)以及)t4卩單元(30; 30，)，它們布置砂卜氣球(12; 12，)之外將選^i似頓。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的飛行器，^#征在于泵入隔絕腔(20)中的循環(huán)的介 質(zhì)是外部空氣，其可以借助加熱或冷卻單元(31; 30)在夜間被加熱，而在白天 被糊。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2的飛行器，其特征在于泵入隔絕腔(50)中的循環(huán)的介 質(zhì)是氦氣，其可以借助加熱或7賴口單元(31'; 30')在夜間被加熱，而在白天被冷 卻。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4的飛行器，其特征在于在充有氦氣的低壓或高壓隔絕腔(50)與高壓氣球(11)之間形成另一可填充外部空氣的隔絕腔(51)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5之一的飛行器，其特征在于戶鵬卜氣球(12; 12')在其表面上設(shè)有太陽能收集膜(40)用于在白天禾,太陽輻射能，其中在太陽能收 纖(40)上作為熱屏,涂敷附力啲塑料層，特別是泡沫層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的飛行器，欺寺征在于所述太陽能收纖(40)用于產(chǎn) 生電能，fflil該電能可以運(yùn)行加熱和^i卩單元(31、 31' ; 30、 30')禾P/或驅(qū)動螺 旋槳(15)禾口/或給其它電^S供電，其中電能存儲到蓄電池和/^t料電池中。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1-7之一的飛行器，其特征在于所避卜氣球(12; 12')設(shè) 有紅外線收^K (41)用于在夜間禾,來自于軀求的纟I^卜線輻射能。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8的飛行器，期寺征在于所述紅外線收劁莫(41)由日絶的約12 u m厚度的鋁膜構(gòu)成，其中在內(nèi)側(cè)涂敷附加的塑料層特別是泡沫層作為熱屏,。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9的飛行器，其特征在于不僅高壓氣球(11)而且 夕卜氣球(12; 12，)由透明材料制成，其中紅外線收^S莫(41)設(shè)置桫卜氣球(12; 12')的朝向地球的內(nèi)側(cè)上。
11. 根據(jù)i^權(quán)利要求l-10之一的飛行器，其特征在于所淑點(diǎn)虔槳(15) j腿可轉(zhuǎn)動地設(shè)置在布置衫卜氣球(12; 12，)下面的平臺(10)上，其中所過累 旋槳05)具有單獨(dú)的轉(zhuǎn)速并由此離多使飛行器(1)在水平的平面中旋轉(zhuǎn)并由此始終占據(jù)戶儲望的行駛方向。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll的飛行器，其特征在于所述平臺(10)具有空氣動力學(xué)的外形并配有滑翔傘，使得平臺(10)與滑翔傘一起在與高壓氣f斜卩外氣球分離后作為自動的飛行器返回地球。
13. 根據(jù)權(quán)利要求l的飛行器，其特征在于:設(shè)置附加的充有氦氣的氣球(58)， 該附加的氣球(58)包含在平臺(10)中，并且用作用于調(diào)節(jié)齡飛行器高度禾口使得平臺(io)更容易著陸的,M嘗腔。
全文摘要
一種無人駕駛的飛行器(1)，它作為用于電信或其它科學(xué)目的的平臺應(yīng)該定位在平流層中預(yù)定的高度，它包括攜帶平臺(10)的并充有氣體的高壓氣球(11)。高壓氣球(11)設(shè)置在平流層中具有空氣動力學(xué)外形的外氣球(12；12’)內(nèi)，外氣球(12；12’)形成圍繞高壓氣球(11)的可填充介質(zhì)的低壓或高壓隔絕腔(20；50)。此外設(shè)置用于在隔絕腔(20；50)中循環(huán)的介質(zhì)的加熱和冷卻裝置，相對于地球保持平臺位置的裝置包括位于外氣球(12；12’)外的可電驅(qū)動的螺旋槳(15)或類似裝置。由此，在很大程度上避免了極端的溫差對高壓氣球中的氣壓的的負(fù)面影響，從而能夠由更輕且更便宜的材料制造高壓氣球，并持久地提高高壓氣球的使用壽命。
文檔編號B64B1/00GK101296841SQ200580050932
公開日2008年10月29日 申請日期2005年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月30日
發(fā)明者卡馬爾·阿拉維 申請人:卡馬爾·阿拉維