阅读说明：本技术 一种刚柔一体结构飞艇头锥 (Rigid-flexible integrated airship nose cone ) 是由 陈务军 胡建辉 高成军 徐建东 杨钧 于 2020-07-02 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种刚柔一体结构飞艇头锥,涉及浮空飞行器结构技术领域,包括外头锥、内头锥、囊体；所述外头锥覆盖连接于飞艇囊体外表面；所述内头锥连接飞艇内部结构,传递外部压力载荷至内部结构；所述囊体为飞艇主气囊,由多幅片热合焊接而成,具有气密性,通过内外压差维持飞艇的形态和刚度。本发明实现了飞艇头锥与新构型飞艇刚柔一体结构的完整统一,构造简单,集成方便,受力合理,具有重量轻,整体刚度大等优点,能增强飞艇囊体抵抗局部突风和系留锚泊载荷的能力。(The invention discloses a rigid-flexible integrated airship nose cone, which relates to the technical field of floating aircraft structures and comprises an outer nose cone, an inner nose cone and a bag body; the outer nose cone is covered and connected with the outer surface of the airship capsule body; the inner nose cone is connected with an inner structure of the airship and transmits external pressure load to the inner structure; the air-tight airship is characterized in that the bag body is an airship main bag and is formed by heat-seal welding of a plurality of sheets, the air-tight airship is airtight, and the shape and the rigidity of the airship are maintained through the internal and external pressure difference. The invention realizes the complete and unified rigid and flexible integrated structure of the airship nose cone and the new airship, has the advantages of simple structure, convenient integration, reasonable stress, light weight, large integral rigidity and the like, and can enhance the capability of the airship envelope in resisting local gust and mooring load.)

一种刚柔一体结构飞艇头锥

技术领域

本发明涉及浮空飞行器技术领域，尤其涉及一种刚柔一体结构飞艇头锥。

背景技术

飞艇是轻于空气(LTA，lighter than air)飞行器，能耗低，环保友好，曾经在航空科技领域取得重大成就，飞艇以其特有的优势活跃于人类航空发展的各个阶段，20世纪80年代，随着新型高性能复合材料、太阳能能源与储能电池技术、计算机通讯电子技术等革新，新型飞艇取得了长足的发展。

飞艇按照结构体系，常分为硬式飞艇、软式飞艇、半硬式飞艇。硬式飞艇为Zeppelin典型体系，内部采用双层圆筒网格结构形式，整体刚度大、尺度大，曾达到约250m长；软式飞艇为充气囊体，总体结构轻，刚度小，可操控性差，一般较小飞艇多采用软式结构，最大曾达到120m长；半硬式飞艇是在飞艇的承力局部设计为刚度较大，或者高效轻质结构体系，以实现整体轻质和受力合理。新构型飞艇创新的主要领域就是结构体系创新。

飞艇头锥是飞艇结构中的重要组成部件，主要承受气动载荷，以及系留锚泊受力等功能。软式飞艇多采用旋转对称辐射状撑条，长度约1/20艇长，其承受局部突风和锚泊力弱。硬式飞艇的过冗余结构，囊体仅局部密封，头锥类似飞机机头，可有效传力，但是重量较大。

付功义等“大体型飞艇的刚性结构体系”(CN201521080600.X)专利提出一种刚性结构体系飞艇，包括预应力结构体系和柔性外囊体结构，预应力结构体系由中芯轴、预应力加劲环、纵向连接杆组成。但是，该专利没有给出头锥和创新头锥设计。

陈务军、付功义等“一种大尺度半刚性结构飞艇”(CN201910275705.7)专利，飞艇采用拉压自平衡体系的整体龙骨与预张力囊体集成协同受力的结构，具有囊体零压下的整体保形、低压下的整体刚度与高承载特点。但是，该专利没有给出头锥和创新头锥设计。

陈务军、胡建辉等“一种大尺度刚柔一体结构的平流层飞艇”(CN201910958705.7)专利提出一种大尺度刚柔一体结构的平流层飞艇，包括由张拉整体主龙骨撑起的外囊体，和所述外囊体内部的多个密封的内囊体。但是，该专利也没有给出头锥和创新头锥设计。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种刚柔一体结构飞艇头锥，实现与新构型飞艇刚柔一体结构的完整统一，能增强飞艇囊体抵抗局部突风和系留锚泊载荷的能力。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是，发明一种刚柔一体结构飞艇头锥，实现飞艇头锥与新构型飞艇刚柔一体结构的完整统一，使飞艇构造简单，集成方便，受力合理，具有重量轻，整体刚度大等优点。

为实现上述目的，本发明提供了一种刚柔一体结构飞艇头锥，包括外头锥、内头锥、囊体；所述外头锥覆盖连接于飞艇囊体外表面；所述内头锥连接飞艇内部结构，传递外部压力载荷至内部结构；所述囊体为飞艇主气囊，由多幅片热合焊接而成，具有气密性，通过内外压差维持飞艇的形态和刚度。

进一步地，所述外头锥包括短撑条、长撑条、内连接环、外连接环、系留锥。

进一步地，所述短撑条和长撑条在飞艇头部呈辐射布置，非完全对称。

进一步地，所述长撑条在下部数量多，与所述短撑条相隔一到二个间隔设置，赤道以上减少。

进一步地，所述内连接环连接所述短撑条和所述长撑条内端；所述外连接环连接所述短撑条外端和所述长撑条中间，对所述短撑条和所述长撑条的位置进行约束和加强，分段拼接组成。

进一步地，所述系留锥为支撑杆构成锥形格构，顶端连接系留头机构，底端连接所述内连接环，所述系留头机构可便捷连接锁定系留塔机构。

进一步地，所述内头锥由头锥罩、锥盘和芯轴组成。

进一步地，所述头锥罩为轻质夹心薄壳，几何外形与所述飞艇囊体匹配，保护所述飞艇囊体和有效扩散载荷。

进一步地，所述锥盘连接所述芯轴和内部结构，集成内部结构整体性和传递外载荷。

进一步地，所述幅片为高强轻质多功能层合薄膜材料。

技术效果：

飞艇头锥是飞艇结构中的重要组成部件，主要承受气动载荷，以及系留锚泊受力等功能。本发明的一种刚柔一体结构飞艇头锥，构造简单，集成方便，受力合理，具有重量轻，整体刚度大；改进了软式飞艇承受局部突风和锚泊力弱的缺点，又改进了硬式飞艇的结构过于冗余，头锥重量较大的缺点；使飞艇囊体增强了抵抗局部突风和系留锚泊载荷的能力，实现了飞艇头锥与新构型飞艇刚柔一体结构的完整统一。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的侧视图；

图2是本发明的一个较佳实施例的外头锥透视图；

图3是本发明的一个较佳实施例的内头锥透视图；

其中，1-外头锥，2-内头锥，3-囊体，101-短撑条，102-长撑条，103-内连接环，104-外连接环，105-系留锥，201-头锥罩，202-锥盘，203-芯轴。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

如图1所示，本发明的一个较佳实施例的侧视图，包括外头锥1、内头锥2、囊体3。外头锥1包括短撑条101、长撑条102、内连接环103、外连接环104、系留锥105，覆盖连接于飞艇囊体的外表面；内头锥2包括头锥罩201、锥盘202和芯轴203，连接飞艇内部结构，传递外部压力载荷至内部结构；囊体3为飞艇主气囊，由多幅片热合焊接而成，具有气密性，通过内外压差维持形态和刚度，所述幅片为高强轻质多功能层合薄膜材料。

如图2所示，本发明的一个较佳实施例的外头锥透视图，包括短撑条101、长撑条102、内连接环103、外连接环104、系留锥105。短撑条101和长撑条102在飞艇头部呈辐射布置，非完全对称；长撑条102从飞艇头部至圆弧形边或1/4艇长，短撑条101从飞艇头部至1/2圆弧；长撑条102在下部数量多，与短撑条101可相隔一个到二个间隔进行设置，赤道以上减少；短撑条101和长撑条102几何形态与囊体3几何匹配；短撑条101和长撑条102可采用CFRP轻质薄壁圆管。

内连接环103连接短撑条101和长撑条102的内端，呈L或T型，内连接环103为轻质复合材料。外连接环104连接短撑条101的外端和长撑条102的中部，对短撑条101和长撑条102位置进行约束和加强，可分段拼接组成。

系留锥105为支撑杆构成锥形格构，顶端连接系留头机构，底端连接内连接环103，锥形格构质量轻、刚度大，可有效将系留载荷传递至系留锥的底部，并传递至飞艇囊体3和内头锥2，支撑杆可采用CFRP轻质薄壁圆管，系留头机构可便捷连接锁定系留塔机构。

如图3所示，本发明的一个较佳实施例的内头锥透视图，包括头锥罩201、锥盘202、芯轴203。

内头锥2由头锥罩201、锥盘202和芯轴203组成，连接飞艇内部结构，将外部压力载荷传递至内部结构。

头锥罩201为轻质夹心薄壳，平面呈圆形，其直径大于外头锥1的内连接环103的直径，几何外形与飞艇囊体3相匹配，可以保护飞艇囊体3和有效扩散载荷。锥盘202连接芯轴203和内部结构，集成内部结构整体性和传递外载荷，芯轴203可采用轻质复合材料，锥盘201为中心圆形对称结构，采用轻质合金材料。

本发明刚柔一体结构飞艇头锥的结构系统尺寸、材料选择、性能参数，均可针对飞艇总体设计目标、技术指标，通过参数设计分析确定。

本发明具有以下突出的技术效果：作为飞艇结构中的重要组成部件，飞艇头锥主要具有承受气动载荷，以及系留锚泊受力等功能。本发明的一种刚柔一体结构飞艇头锥，构造简单，集成方便，受力合理，具有重量轻，整体刚度大；改进了软式飞艇承受局部突风和锚泊力弱的缺点，又改进了硬式飞艇的结构过于冗余，头锥重量较大的缺点；使飞艇囊体增强了抵抗局部突风和系留锚泊载荷的能力，实现了飞艇头锥与新构型飞艇刚柔一体结构的完整统一。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。