系留式太陽(yáng)能WiFi飛艇設(shè)計(jì)構(gòu)想

連波 毛潤(rùn)澤 趙靜云

摘要：本設(shè)計(jì)構(gòu)想旨在利用飛艇的懸空穩(wěn)定性，以及在空中受到的信號(hào)阻礙小等優(yōu)勢(shì)，向固定區(qū)域進(jìn)行WIFI覆蓋。同時(shí)利用飛艇巨大的受光面積，在飛艇上鋪設(shè)太陽(yáng)能薄膜電池使飛艇達(dá)到更長(zhǎng)的留空時(shí)間。最終使飛艇能夠長(zhǎng)時(shí)間并且穩(wěn)定的作為一個(gè)空中信號(hào)“基站”。

關(guān)鍵詞：系留飛艇；太陽(yáng)能無(wú)線通訊；副氣囊

O引言

在現(xiàn)代生活中WiFi已經(jīng)成為了必不可少的設(shè)備，然而在許多場(chǎng)合下我們都沒(méi)有辦法獲取WiFi信號(hào)或者能獲取的信號(hào)強(qiáng)度非常弱，比如在大型的會(huì)場(chǎng)，體育賽事中，人流量巨大，地面上的WiFi受到的阻礙非常大，信號(hào)傳播受到限制。另外在森林等荒郊地區(qū)，由于太過(guò)偏僻，不易應(yīng)用WiFi設(shè)備，而且信號(hào)不能到達(dá)，這就需要一種新型的能夠提供WiFi信號(hào)的設(shè)備來(lái)解決人們上網(wǎng)的需求。并且要求這種設(shè)備能夠提供穩(wěn)定的信號(hào)，易于攜帶，信號(hào)強(qiáng)度高，覆蓋面積大。本設(shè)計(jì)方案將WiFi設(shè)備搭載于飛艇之上，利用太陽(yáng)能為飛艇提供動(dòng)力，同時(shí)滿足wifi設(shè)備電力需求。飛艇懸空的穩(wěn)定性以及在高空中信號(hào)阻礙較少的優(yōu)點(diǎn)，使WiFi可以方便地搭設(shè)，從而能夠?qū)⑿盘?hào)投射到所需要的區(qū)域。

1設(shè)計(jì)方案

飛艇艇體采用仿生學(xué)水滴型型線構(gòu)建飛艇囊體外形，最大寬度位于囊體中部。飛艇尾部采用直線收尾形式，直線段長(zhǎng)度與囊體最大寬度比值為0.45。此時(shí)囊體正面迎風(fēng)阻力較小，浮空穩(wěn)定性較強(qiáng)。

氣囊材料為層壓材料，由單層滌綸、聚脂薄膜與聚氟乙烯層壓而成，選用Hytrel作為膠合劑，通過(guò)高頻熱合的方式粘接。主氣囊內(nèi)部充滿氦氣提供升力，飛艇前后另有兩個(gè)副氣囊充填空氣，可根據(jù)需要充壓或放氣，以達(dá)到在不排放主氣囊內(nèi)氣體的條件下維持主氣囊內(nèi)外壓力差為定值。同時(shí)，前后副氣囊間的雙向風(fēng)扇還可調(diào)節(jié)飛艇浮力中心位置，正向旋轉(zhuǎn)向后氣囊充氣可使飛艇產(chǎn)生抬頭力矩，反向旋轉(zhuǎn)向前氣囊充氣可產(chǎn)生低頭力矩，用以調(diào)節(jié)飛艇俯仰。雙向風(fēng)扇工作時(shí)，空氣閥打開(kāi)；雙向風(fēng)扇停止工作時(shí)，空氣閥關(guān)閉。囊體靠后位置靠近系留艇頂部設(shè)有壓縮氦氣囊和第一氦氣閥，用于升力不足時(shí)釋放氦氣提供升力。

頭錐壓條材料為木材與碳纖維，從飛艇端頭呈輻射狀延伸支撐艇體結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)局部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的同時(shí)使飛艇形成符合空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)的囊體外形。艇首帽大小為艇囊直徑的12%，能夠?qū)⑾盗粞b置的反作用載荷分布到艇囊較大的面積上。除壓條與艇首帽外，系留環(huán)也位于飛艇頭部，通過(guò)纜繩與地面電動(dòng)絞盤連接。吊艙中搭載有WiFi信號(hào)發(fā)生器，通過(guò)在高空中接收地面基站的4G信號(hào)，并轉(zhuǎn)化成WiFi信號(hào)向地面發(fā)射，從而能夠?yàn)橥ㄓ嵅槐愕膮^(qū)域提供無(wú)線信號(hào)。

飛艇采用的控制系統(tǒng)包括艇載飛行控制計(jì)算機(jī)、傳感器模塊、A/D轉(zhuǎn)換器和電源模塊，傳感器模塊將采集到系留艇的速度、高度、加速度、角速度信息經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器傳入艇載飛行控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理，飛行控制計(jì)算機(jī)對(duì)尾翼、空氣閥和雙向風(fēng)扇發(fā)出控制指令信號(hào)，通過(guò)調(diào)整垂直尾翼活動(dòng)面傾斜角度調(diào)節(jié)飛艇朝向，保證飛艇前端始終為迎風(fēng)面，通過(guò)雙向風(fēng)扇和空氣閥對(duì)兩個(gè)副氣囊中的空氣量進(jìn)行控制，從而調(diào)整飛艇俯仰；通過(guò)調(diào)整水平尾翼活動(dòng)面傾斜角度產(chǎn)生相應(yīng)的扭矩，協(xié)助調(diào)整飛艇的俯仰姿態(tài)。

2性能分析

太陽(yáng)能系留艇搭載有WiFi設(shè)備，可以充分發(fā)揮處在高空位置，信號(hào)覆蓋范圍廣的優(yōu)勢(shì)，在大型體育賽事、大型慶典活動(dòng)、風(fēng)景區(qū)等需要大面積覆蓋無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的場(chǎng)合進(jìn)行部署，方便快捷、工作穩(wěn)定且成本低廉。同時(shí)，利用太陽(yáng)能供電，蓄電池儲(chǔ)電實(shí)現(xiàn)24小時(shí)不間斷提供WiFi信號(hào)覆蓋?？紤]到WiFi信號(hào)穩(wěn)定的因素，省去常規(guī)飛艇的動(dòng)力裝置，同時(shí)利用太陽(yáng)能作為主要能源供給，航時(shí)持久。光照充足情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)24小時(shí)持續(xù)續(xù)航。

3結(jié)論

本文闡述了一種新型的太陽(yáng)能WiFi系留艇設(shè)計(jì)方案，飛艇艇體鋪設(shè)太陽(yáng)能薄膜陣列，利用飛艇巨大的受光面積產(chǎn)生姿態(tài)控制以及WiFi信號(hào)發(fā)射所需的能量。能夠充分發(fā)揮處在高空信號(hào)覆蓋范圍廣的優(yōu)勢(shì)，在大型體育賽事、大型慶典活動(dòng)、風(fēng)景區(qū)等需要大面積覆蓋無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的場(chǎng)合進(jìn)行部署，方便快捷、工作穩(wěn)定且成本低廉，有著很大的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]王亞偉，賈月紅，陳智謙，韓雅慧，楊春信.飛艇系留系統(tǒng)靜態(tài)與動(dòng)態(tài)仿真研究[J].航天返回與遙感，2012，（02）：93-99.

[2]鄢紅陵，張秋禹，張力，張軍平，尹常杰.太陽(yáng)能電池在飛艇上的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2008，（05）：824-828.

[3]范珉一.小型無(wú)人飛艇飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].南京理工大學(xué).2007.