長沙召開的空天杯全國創(chuàng)新創(chuàng)意大賽決賽中，來自科技大學(xué)空天科學(xué)學(xué)院的創(chuàng)新團隊，在國際上提出了受僧帽水母生物啟發(fā)的“平流層飛艇仿生設(shè)計方法”。這一研究，有望打造能在臨近空間長期駐留、穩(wěn)定運行的平流層飛艇。

      臨近空間為距地面20—100千米的空域，是跨接航空與航天的“空白地帶”，也是人類繼陸、海、空、天之后，進(jìn)一步拓展和利用的自然環(huán)境，對催生新的經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)和提升作戰(zhàn)力量具有重大戰(zhàn)略意義。

     平流層飛艇是臨近空間低速飛行器中的典型代表，依靠浮升氣體提供靜升力，利用臨近空間下層的低速風(fēng)帶及較少損耗的太陽輻照，可實現(xiàn)月、年量級的超長航時區(qū)域駐留，其也被稱為“平流層衛(wèi)星”，能廣泛應(yīng)用于偵察監(jiān)視、區(qū)域預(yù)警、環(huán)境監(jiān)測、通信中繼等軍民領(lǐng)域。不過，截至目前，世界上尚少有能長期駐留、穩(wěn)定運行的平流層飛艇。

     受僧帽水母依靠浮囊體、鰾和氣腺協(xié)調(diào)控制浮力與壓力這一現(xiàn)象的啟發(fā)，科技大學(xué)團隊成功解決了現(xiàn)有平流層飛艇“主副氣囊”和“單囊體”技術(shù)方案中，環(huán)境熱效應(yīng)下浮力與壓力協(xié)調(diào)控制難題。

    項目負(fù)責(zé)人楊躍能副教授介紹，團隊以僧帽水母為仿生對象，以形態(tài)仿生設(shè)計了囊體氣動外形。與常規(guī)氣動外形相比，典型工況下可提高升阻比70%以上，增加有效載荷300—800公斤。同時，通過功能仿生提出了多囊體和熱調(diào)節(jié)氣囊新概念方案，解決了平流層飛艇在臨近空間中“熱脹冷縮”可能帶來的蒙皮破裂和“超重”問題。飛行仿真試驗和技術(shù)驗證艇飛行試驗表明，熱調(diào)節(jié)氣囊體積比為10%時，環(huán)境熱效應(yīng)下囊內(nèi)壓強可降低9.6%，這為浮力與壓力協(xié)調(diào)控制難題提供了有效方案。目前，該創(chuàng)新成果已申請國際發(fā)明專利1項、國家發(fā)明專利3項。