一种用于平流层的混流风机、浮空器及浮空器控制系统

1.本技术涉及但不限于浮空器领域，尤其涉及一种用于平流层的混流风机、浮空器及浮空器控制系统。


背景技术：

2.现代高空飞艇和高空气球作为一种可在20公里左右高度平流层长期驻流的浮空器，可以携带多种载荷实现通信、导航、观测、预警等功能，具有广阔的应用场景，且浮空器还具有效费比高、覆盖范围广、载荷能力强等特点，展现出广阔的应用前景。
3.利用主、副气囊结构实现高度调节，是飞艇和气球等类型浮空器独有的控制特点。对于浮空器而言，主气囊用于填充浮升气体提供浮力，副气囊用于填充空气以维持浮空器的压力外形，进一步，通过调节副气囊的体积改变浮空器的浮力，进而可改变浮空器的驻空高度。使用风机将外界空气压缩至副气囊，可使驻空高度降低，利用排气阀将副气囊中空气排出，则可使驻空高度上升。通过驻空高度调节，可以利用不同高度风层以调节飞行轨迹，实现特定的轨迹控制目标，完成特定飞行任务。相关技术中的常用的航空风机体积、流量较小、压头较低、浮空器高度调节响应速度慢，不能满足浮空器高效高度调节的需求。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供了一种用于平流层的混流风机、浮空器及浮空器控制系统，涉及浮空器领域，本技术提供的用于平流层的混流风机，相比于常用航空风机，提高了压头、流量和响应时间，提升了浮空器的高度调节能力。
5.为了达到上述目的，本技术实施例的技术方案是这样实现的：
6.第一方面，本技术实施例提供了一种用于平流层的混流风机，包括壳体和叶轮，其中，壳体内形成有空腔，壳体上设置有与空腔连通的进气口和出气口，出气口用于向浮空器的囊体充气；叶轮设置在空腔内绕叶轮的轴线方向转动，带动气流从进气口流经叶轮后从出气口流出，叶轮与壳体之间形成气体流道，进入叶轮进气侧的气体流道方向与叶轮的轴线方向平行，流出叶轮出气侧的气体流道方向与叶轮的轴线方向呈锐角夹角设置。
7.本技术实施例提供的用于平流层的混流风机，通过将叶轮设置在空腔内，且叶轮绕自身的轴线方向转动，进而带动气流从壳体的进气口流经叶轮后从出气口流出，此时，叶轮与壳体之间形成了气体流道，且进入叶轮进气侧的气体流道方向与叶轮的轴线方向平行，流出叶轮出气侧的气体流道方向与叶轮的轴线方向呈锐角夹角设置，使得气体流道中的气流在流经叶轮的过程中方向发生偏转，由叶轮的轴线方向转为与其轴线方向具有一定锐角夹角的方向，即，相当于混流风机的原理，叶轮让气流既做离心运动又做轴向运动，相比于相关技术中的常用的航空风机，本技术实施例提供的用于平流层的混流风机提高了压头、流量和响应时间，进而提升了浮空器的高度调节能力。
8.在本技术的一种可能的实现方式中，流出叶轮出气侧的气体流道方向与叶轮的轴线方向的夹角大于等于60度且小于90度。
9.在本技术的一种可能的实现方式中，叶轮包括轮盘和叶片，其中，轮盘设置在空腔内绕其轴线方向转动，轮盘从进气侧延伸至出气侧；叶片为多个，多个叶片固定在轮盘上靠近壳体一侧的表面，并沿轮盘的圆周方向均匀分布。
10.在本技术的一种可能的实现方式中，轮盘固定叶片的表面呈贝塞尔曲线延伸。
11.在本技术的一种可能的实现方式中，叶片为三元扭叶片，且叶片的厚度沿叶片的高度方向逐渐减小。
12.在本技术的一种可能的实现方式中，壳体包括轮盖，轮盖设置在轮盘固定叶片的一侧，轮盖与叶片的顶部之间形成有叶尖间隙，气体流道包括轮盖与轮盘之间形成的第一气体流道。
13.在本技术的一种可能的实现方式中，沿第一气体流道的气流方向，轮盘沿其设置叶片的一侧弯曲，轮盖沿远离叶片的方向弯曲。
14.在本技术的一种可能的实现方式中，轮盘与轮盖之间形成第一气体流道，第一气体流道的宽度从进气侧向出气侧逐渐减小。
15.在本技术的一种可能的实现方式中，壳体包括扩压器，扩压器位于叶轮的出气侧且与出气侧连通，气体流道包括扩压器在出气侧形成的第二气体流道。
16.在本技术的一种可能的实现方式中，扩压器包括上缘和下缘，上缘设置在轮盘的延伸方向上，下缘设置在轮盖的延伸方向上且与轮盖固定，轮盖与上缘之间设置多个支撑柱，以支撑上缘，上缘和下缘之间形成第二气体流道。
17.在本技术的一种可能的实现方式中，用于平流层的混流风机包括电机和轴承，轴承的内圈与电机输出轴适配，以使电机输出轴与轴承可旋转连接，电机输出轴的一端与叶轮固定连接。
18.在本技术的一种可能的实现方式中，电机输出轴的另一端连接有预载组件，预载组件设置在轴承上，预载组件可沿电机输出轴的轴线方向滑动。
19.在本技术的一种可能的实现方式中，预载组件包括端盖、保持架和弹性件，端盖设置在电机输出轴的另一端的端部，保持架设置在端盖与轴承的外圈之间，保持架与端盖可相对滑动，保持架与轴承的外圈固定，弹性件沿电机输出轴的轴线方向设置在端盖和保持架之间。
20.在本技术的一种可能的实现方式中，保持架与端盖可相对滑动的部位设置有密封圈。
21.在本技术的一种可能的实现方式中，壳体包括有风机外壳和电机外壳，风机外壳和电机外壳均设置在叶轮的进气侧，风机外壳和电机外壳的两端均为开口设置，电机外壳设置在风机外壳的内部，电机外壳内壁与电机固定，风机外壳的一端与轮盖固定连接，气流流道包括风机外壳与电机外壳通过连接件固定形成的第三气体流道。
22.在本技术的一种可能的实现方式中，壳体包括集流器，集流器的两端为开口设置，集流器的一端形成进气口，进气口为喇叭型，气体流道包括集流器的另一端与风机外壳的另一端固定形成的第四气体流道，第四气体流道与第三气体流道连通。
23.在本技术的一种可能的实现方式中，壳体包括整流罩，整流罩设置在集流器内，整流罩与电机外壳远离叶轮的进气侧的一端固定，整流罩与集流器之间形成的第四气体流道，第四气体流道的宽度从集流器上设置进气口的一端向集流器的另一端逐渐减小。
24.在本技术的一种可能的实现方式中，用于平流层的混流风机还包括阀门组件，阀门组件包括阀盖和阀体，阀盖通过多个连接柱与集流器上设置进气口的一侧连接，多个连接柱之间形成进气通道，阀盖与进气口适配。
25.在本技术的一种可能的实现方式中，用于平流层的混流风机还包括安装板，安装板上设置多个安装部，用于将下缘和集流器固定在安装板上。
26.在本技术的一种可能的实现方式中，靠近风机外壳一侧的集流器上还设置有扩展壳，扩展壳设置在风机外壳的外部，扩展壳沿安装板的一侧延伸并固定在安装板上，扩展壳与风机外壳之间形成线缆腔，线缆腔用于设置线缆。
27.在本技术的一种可能的实现方式中，安装板上设置有航插件和测量件，航插件用于实现内部线缆与外部线缆的连接，测量件用于测量浮空器的囊体的工作状态。
28.在本技术的一种可能的实现方式中，用于平流层的混流风机包括透明罩，透明罩与上缘固定连接，用于观察叶轮。
29.在本技术的一种可能的实现方式中，用于平流层的混流风机的转速设置有多种调节模式，多种调节模式根据外界环境可以自动转换。
30.第二方面，本技术实施例提供了一种浮空器，包括：囊体、吊舱、至少一个排气阀、以及至少一个第一方面实施例提供的用于平流层的混流风机，其中，吊舱连接在囊体的下端，用于平流层的混流风机中的出气口和排气阀均与囊体连通，用于对浮空器进行高度调节。
31.本技术实施例提供的浮空器，由于包括了第一方面中任一实施例提供的用于平流层的混流风机，因此，具有同样的技术效果，即，相比于常用航空风机，提高了压头、流量和响应时间，提升了浮空器的高度调节能力。
32.在本技术的一种可能的实现方式中，吊舱内设有压控模块和飞控模块，压控模块和飞控模块位于吊舱内的不同位置，排气阀和用于平流层的混流风机都与压控模块电联接，压控模块用于控制排气阀的通断以及用于平流层的混流风机工作状态，以调节囊体内的气体压力；飞控模块用于控制浮空器的飞行状态，或，飞控模块与压控模块电联接，飞控模块用于根据压控模块的高度调节信息控制浮空器的飞行状态。
33.第三方面，本技术提供了一种浮空器控制系统，包括：囊体阀门，与浮空器的囊体连通，用于排出浮空器囊体内的气体；风机，用于向浮空器的囊体内充气；压控模块，电联接于囊体阀门和风机，压控模块用于控制囊体阀门的开关以及风机工作状态，以调节浮空器的囊体内的气体压力；飞控模块，飞控模块用于控制浮空器的飞行状态，或，飞控模块与压控模块电联接，飞控模块用于根据压控模块的高度调节信息控制浮空器的飞行状态。
34.本技术实施例提供的浮空器控制系统，包括有压控模块和飞控模块，压控模块电联接与囊体阀门和风机，压控模块用于控制囊体阀门的开关以及风机工作，以调节浮空器的囊体内的气体压力，而飞控模块用于控制浮空器的飞行状态，或飞控模块与压控模块电联接，飞控模块用于根据压控模块的高度调节信息控制浮空器的飞行状态。相比于相关技术中的浮空器的控制系统均由飞控模块集成控制，飞控模块不但需要对浮空器的高度进行调节，还需要控制浮空器的飞行状态，导致飞控模块的复杂度过高，且一旦飞控模块中的某一部分出现故障，则对于浮空器的安全会产生不利影响的缺点，而本技术实施例提供的浮空器控制系统中通过设置两个独立的模块，即压控模块和飞控模块，压控模块用于调节浮
空器的囊体内的气体压力，对浮空器进行高度调节，飞控模块用于控制浮空器的飞行状态，一方面，降低了飞控模块的系统复杂度，另一方面，也提升了浮空器的安全性。
35.在本技术的一种可能的实现方式中，飞控模块与压控模块电联接，飞控模块用于根据压控模块的高度调节信息，发出控制指令，压控模块执行控制指令，以调节浮空器的囊体内的气体压力。
36.在本技术的一种可能的实现方式中，压控模块包括通讯单元，通讯单元与飞控模块电联接，通讯单元用于与飞控模块进行信息交互。
37.在本技术的一种可能的实现方式中，压控模块包括执行单元，执行单元与通讯单元电联接，执行单元接收通讯单元传递的飞控模块的控制指令，以调节浮空器的囊体内的气体压力。
38.在本技术的一种可能的实现方式中，压控模块包括采集处理单元，采集处理单元用于采集处理高度调节信息，采集处理单元与通讯单元电联接，通讯单元用于将采集处理单元采集处理后的高度采集信息通过通讯单元上传至飞控模块，飞控模块根据高度采集信息发出控制指令，执行单元用于接收通讯单元传递的飞控模块的控制指令，以调节浮空器的囊体内的气体压力。
39.在本技术的一种可能的实现方式中，压控模块包括采集处理单元和执行单元，执行单元和通讯单元都与采集处理单元电联接，采集处理单元用于采集高度调节信息，通讯单元用于将采集处理单元采集处理后的信息通过通讯单元上传至飞控模块及将飞控模块的控制指令发送至采集处理单元，执行单元接收采集处理单元的控制指令，以调节浮空器的囊体内的气体压力。
40.在本技术的一种可能的实现方式中，采集处理单元包括传感器和处理器，传感器用于采集高度调节信息，处理器用于对采集到的高度调节信息进行处理。
附图说明
41.图1为本技术实施例提供的浮空器控制系统中压控模块和飞控模块电联接示意图之一；
42.图2为本技术实施例提供的浮空器控制系统中压控模块和飞控模块电联接示意图之二；
43.图3为本技术实施例提供的浮空器的部件组成示意图；
44.图4为本技术实施例提供的浮空器的部分结构示意图；
45.图5为本技术实施例提供的用于平流层的混流风机的结构示意图；
46.图6为本技术实施例提供的用于平流层的混流风机中a-a的截面示意图；
47.图7为本技术实施例提供的用于平流层的混流风机爆炸示意图之一；
48.图8为本技术实施例提供的用于平流层的混流风机爆炸示意图之二；
49.图9为本技术实施例提供的用于平流层的混流风机中叶轮的结构示意图之一；
50.图10为本技术实施例提供的用于平流层的混流风机中叶轮的结构示意图之二；
51.图11为本技术实施例提供的用于平流层的混流风机中轮盖的结构示意图之二；
52.图12为本技术实施例提供的用于平流层的混流风机a-a的截面示意图中a处放大示意图；
53.图13为本技术实施例提供的用于平流层的混流风机a-a的截面示意图中b处放大示意图；
54.图14为本技术实施例提供的用于平流层的混流风机中风机外壳和电机外壳的连接示意图之一；
55.图15为本技术实施例提供的用于平流层的混流风机中风机外壳和电机外壳的连接示意图之二；
56.图16为本技术实施例提供的用于平流层的混流风机a-a的截面示意图中c处放大示意图；
57.图17为本技术实施例提供的用于平流层的混流风机中安装板的结构示意图。
58.附图标记
59.1-壳体；11-轮盖；12-扩压器；121-上缘；122-下缘；123-支撑柱；124-出气口；13-风机外壳；14-电机外壳；15-连接件；16-集流器；161-进气口；162-扩展壳；17-整流罩；18-安装板；181-安装部；182-航插件；183-测量件；19-法兰盘；20-艇体薄膜；2-叶轮；21-轮盘；22-叶片；3-电机；31-输出轴；4-轴承；5-预载组件；51-端盖；52-保持架；53-弹性件；54-密封圈；6-透明罩；7-阀门组件；71-阀盖；711-密封垫；72-阀体；73-连接柱；8-囊体；81-主气囊；82-副气囊；9-吊舱。
具体实施方式
60.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合，具体实施方式中的详细描述应理解为本技术宗旨的解释说明，不应视为对本技术的不当限制。
61.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术的具体技术方案做进一步详细描述。以下实施例用于说明本技术，但不用来限制本技术的范围。
62.在本技术实施例中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
63.此外，在本技术实施例中，“上”、“下”、“左”以及“右”等方位术语是相对于附图中的部件示意置放的方位来定义的，应当理解到，这些方向性术语是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据附图中部件所放置的方位的变化而相应地发生变化。
64.在本技术实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。
65.在本技术实施例中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
66.在本技术实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本技术实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
67.现代高空飞艇和高空气球作为一种可在20公里左右高度平流层长期驻流的浮空器，可以携带多种载荷实现通信、导航、观测、预警等功能，具有广阔的应用场景，且浮空器还具有效费比高、覆盖范围广、载荷能力强等特点，展现出广阔的应用前景。
68.本技术提供了一种浮空器控制系统，如图1和图2所示，包括：囊体阀门，与浮空器的囊体连通，用于排出浮空器囊体内的气体；风机，用于向浮空器的囊体内充气；压控模块，电联接于囊体阀门和风机，压控模块用于控制囊体阀门的开关以及风机工作状态，以调节浮空器的囊体内的气体压力；飞控模块用于控制浮空器的飞行状态，或，飞控模块与压控模块电联接，飞控模块用于根据压控模块的高度调节信息控制浮空器的飞行状态，相比于相关技术中的浮空器的控制系统均由飞控模块集成控制，飞控模块不但需要对浮空器的高度进行调节，还需要控制浮空器的飞行状态，导致飞控模块的复杂度过高，且一旦飞控模块中的某一部分出现故障，则对于浮空器的安全会产生不利影响的缺点，本技术实施例提供的浮空器控制系统中通过设置两个独立的模块，即压控模块和飞控模块，压控模块用于调节浮空器的囊体内的气体压力，对浮空器进行高度调节，飞控模块用于控制浮空器的飞行状态，一方面，降低了飞控模块的系统复杂度，另一方面，也提升了浮空器的安全性。
69.参照图1和图2，在本技术提供的一些实施例中，飞控模块与压控模块电联接，飞控模块用于根据压控模块的高度调节信息，发出控制指令，压控模块执行控制指令，以调节浮空器的囊体内的气体压力，飞控模块与压控模块直接可以进行指令的传输，飞控模块根据压控模块的高度调节信息直接控制压控模块，以调节浮空器的囊体内的气体压力，进而调节浮空器的高度。
70.其中，压控模块中可以设置通讯单元，通讯单元与飞控模块电联接，此时，压控模块的高度调节信息通过通讯单元传入飞控模块，飞控模块根据压控模块的高度调节信息发出控制指令，控制指令通过通讯单元的传输到达压控模块，压控模块根据通讯单元所传输的控制指令，以调节浮空器的囊体内的气体压力，进而调节浮空器的高度。
71.如图1所示，进一步地，压控模块中除了包括通讯单元外，还包括执行单元，执行单元与通讯单元电联接，当通讯单元接收到飞控模块所传输的控制指令时，通讯单元将所接收的控制指令传递给执行单元，执行单元通过控制风机的工作状态和囊体阀门的开关，以调节浮空器的囊体内的气体压力，进而调节浮空器的高度。
72.需要补充说明的是，执行单元控制风机的工作状态和囊体阀门的开关，风机的工作状态，如调整风机的转速、功率和温度等方式，囊体阀门的开关，不仅指囊体阀门的开启以及闭合，还包括囊体阀门开启的程度，具体风机的工作状态和囊体阀门的开关以浮空器在飞行过程中的实际工作状态决定。
73.示例地，风机的转速设置有多种调节模式，多种调节模式根据外界环境可以自动转换。当浮空器的驻空高度发生改变，或者浮空器的囊体内外压差改变时，即可调节风机中的转速，更换调节模式，实现各个工况下的高效压力控制，可以大大避免相关技术中的风机难以应对各种不同工况，存在风机频繁开关的缺点，节约浮空器的能耗。风机至少包含两种
模式，即高转速快速调节模式和低转速节能控制模式，以应对不同的工况。在白天能源较为充足或遇到突然降温失压等紧急情况，可采用高转速调节模式，迅速提高浮空器的囊体的压力，以维持浮空器的外形；在夜晚能源相对匮乏或压力保持较为稳定的情况下，采用低转速节能控制，缓慢调节浮空器的囊体压力，减小浮空器的压力波动，可以有效节约浮空器的能源消耗。
74.参照图1，更进一步地，压控模块除了包括通讯单元和执行单元外，压控模块还包括采集处理单元，采集处理单元电联接于执行单元，采集处理单元将采集处理到的高度调节信息通过通讯单元上传至飞控模块，飞控模块根据上传的高度调节信息发出控制指令，执行单元用于接收通讯单元传输的飞控模块的控制指令，控制风机的工作状态和囊体阀门的开关，以调节浮空器的囊体内的气体压力，进而调节浮空器的高度。
75.在本技术提供的一些实施例中，参照图2，压控模块除了包括通讯单元外，还包括采集处理单元和执行单元，执行单元和通讯单元均与采集处理单元电联接，采集处理单元用于将采集处理的高度调节信息通过通讯单元上传至飞控模块，飞控模块根据上传的高度调节信息发出控制指令，控制指令通过通讯单元传输回采集处理单元，采集处理单元将通讯单元传输回的控制指令发送到执行单元，执行单元根据采集处理单元接收的指令，控制风机的工作状态和囊体阀门的开关，以调节浮空器的囊体内的气体压力，进而调节浮空器的高度。
76.其中，采集处理单元包括传感器和处理器，传感器用于采集高度调节信息，高度调节信息包括环境信息，例如大气压强、温度、以及囊体的压差或者囊体内惰性气体的浓度，如氦气的浓度，高度调节信息还包括风机的工作状态和囊体阀门的开关，风机的工作状态包括风机的转速、风机的功率、以及风机内部的温度等，囊体阀门的开关包括囊体阀门的开启、囊体阀门的关闭、以及囊体阀门开启的程度(阀门开度)等，处理器用于对采集到的高度调节信息进行处理。
77.需要补充说明的是，其中风机可以为混流风机，也可以为轴流风机，还可以为离心风机，对此，本技术不做限制，本技术提供一种将浮空器的控制系统应用到浮空器中的具体实施例，其中，浮空器中使用的风机类型为混流风机，且具体实施例中的浮空器所用的排气阀的作用与浮空器控制系统中的囊体阀门作用相同。
78.本技术实施例提供一种浮空器，参照图3和图4，包括：囊体8、吊舱9、排气阀和混流风机，其中，吊舱9连接在囊体的下端，混流风机的出气口和排气阀均与囊体连通，用于对浮空器进行高度调节，吊舱9内设置有压控模块和飞控模块，飞控模块和压控模块位于吊舱9内的不同位置，排气阀和混流风机都与压控模块电联接，压控模块用于控制排气阀的通断以及混流风机的工作状态，以调节囊体8内的气体压力，飞控模块用于控制浮空器的飞行状态，或，飞控模块与压控模块电联接，飞控模块用于根据压控模块的高度调节信息控制浮空器的飞行状态。
79.需要补充说明的是，压控模块中的高度调节信息如何采集处理、采集处理后的高度调节信息如何传递到飞控模块、飞控模块根据采集处理后的高度调节信息发出的控制指令如何传递到压控模块、以及压控模块如何控制混流风机的工作状态以及排气阀的通断，具体参考本技术实施例提供的浮空器控制系统中的实施例，对此，本技术不做赘述。
80.由于浮空器长期驻留在平流层，需要具有高效的高度调节能力，因此，如图3所示，
上述本技术实施例提供的混流风机为一种用于平流层的混流风机，且为了进一步提高浮空器的高度调节能力，浮空器内包括至少一个用于平流层的混流风机，同样地，也包括至少一个排气阀。
81.本技术实施例提供了一种用于平流层的混流风机，参照图4、图5和图6，包括壳体1和叶轮2，其中，壳体1内形成有空腔，壳体1上设置有与空腔连通的进气口161和出气口124，出气口124用于向浮空器的囊体8充气；叶轮2设置在空腔内绕叶轮2的轴线方向转动，带动气流从进气口161流经叶轮2后从出气口124流出，叶轮2与壳体1之间形成气体流道，进入叶轮2进气侧的气体流道方向与叶轮2的轴线方向平行，流出叶轮2出气侧的气体流道方向与叶轮2的轴线方向呈锐角夹角设置。使得气体流道中的气流在经过叶轮2的过程中方向发生偏转，由叶轮2的轴线方向转为与其轴线方向具有一定锐角夹角的方向，即，相当于混流风机的原理，叶轮2让气流既做离心运动又做轴向运动，提高了压头、流量和响应时间，进而提升了浮空器的高度调节能力。具体地，流出叶轮2出气侧的气体流道方向与叶轮2的轴线方向的夹角大于等于60度且小于90度。需要补充说明的是，流出叶轮2出气侧的气体流道方向为第一方向，叶轮2的轴向方向为第二方向，第一方向与第二方向的夹角为a，具体如图6所示，在一些实施例中，浮空器的囊体8包括主气囊81和副气囊82，出气口124一般用于向浮空器的副气囊充气。
82.参照图6和图7所示，由于本技术实施例提供的浮空器用于在平流层飞行，需要用于平流层的混流风机具有高效高度调节的特殊需求，而叶轮2为用于平流层的混流风机中唯一做功的部件，因此，叶轮2不但需要具有较高的流量，还需要具有较高的压头，为此，本技术选用半开式混流叶轮2，叶轮2包括轮盘21和叶片22，轮盘21设置在空腔内绕其轴线方向转动，轮盘21从进气侧延伸至出气侧，叶片22为多个，多个叶片22固定在轮盘21靠近壳体1一侧的表面，并沿轮盘21的圆周方向均匀分布。在一些实施例中，轮盘21固定叶片22的表面呈贝塞尔曲线(b
é
zier curve)延伸，这里，贝塞尔曲线是由多点控制曲线各段形状的光滑曲线，能够通过流体力学，模拟出阻力小、使气流流速快的形状。在一些实施例中，轮盘21可以基于流体力学的仿真软件获得阻力更小的母线。
83.参照图7、图8和图9，由上述可知，多个叶片22固定在轮盘21靠近壳体1一侧的表面，叶片22可以为三元扭叶片22，这里，三元扭叶片22是指叶片22的形状在xyz三个方向上都有变化，如此，叶片22能更好的适应气流的流动。在一些实施例中，叶片22可以通过基于流体力学的仿真软件获得阻力更小的三元扭叶片，且多个叶片22的扭转角度相同。在一些实施例中，叶片22的入口扭转角度为40.6度至28.9度，扭转角度的设计有利于气流在离心力和轴向力的作用下从壳体1的进气口161顺利流向出气口124。在一些实施例中，叶片22的数量可以为18片。为了兼顾高转速下叶轮2的强度特性和驱动特性，叶片22的设计为变厚度设计，叶片22的厚度沿叶片22的高度方向逐渐减小，且叶片22的梢部比根部更厚，在一些实施例中，叶片22根部的厚度为叶梢部分的50％。
84.需要补充说明的是，参照图6、图9和图10，叶轮2可以采用高强度航空铝一体加工成形，并通过特殊表面处理工艺使得叶轮2的表面具有一层保护膜，既可以防止由于意外产生的叶片22损伤，同时提升了叶轮2的抗盐雾腐蚀能力。在一些实施例中，叶轮2针对高空环境需求进行了减重设计，示例地，叶轮2的重量可以为0.20kg，轮盘21的直径bh＝80mm，出口宽度b2＝10mm，需要补充说明的是，出口宽度b2为扩压器12中上缘121和下缘122之间的竖
直直线距离，叶轮2直径d2＝130mm。叶轮2设计的额定转速叶轮2设计额定转速25000～30000rpm，高空工况所需功率约350w，在设计工况点可以提供1100m3/h的流量和1300pa的压头。
85.在本技术提供的一些实施例中，参照图6和图11所示，壳体1包括轮盖11，轮盖11设置在轮盘21固定叶片22的一侧，轮盖11与叶片22的顶部之间形成有叶尖间隙，叶尖间隙可以为0.35mm，叶尖间隙是影响叶轮2效率的重要因素，合适的叶尖间隙关系着叶轮2的效率以及叶轮2运行的安全，叶尖间隙过大，叶轮2的效率会大幅下降，叶尖间隙太小，叶轮2会与壳体1碰磨损伤叶片22，严重时会导致整个叶轮2的卡死，离心力会导致叶片22的叶尖间隙减小，而低温带来的材料收缩会导致叶尖间隙增加，在一些实施例中，叶轮2可以通过基于流体力学的仿真软件获得合适的叶尖间隙，在一些实施例中，构成轮盖11内壁面的母线可以根据流体力学计算优化得出。
86.参照图10和图11，具体地，轮盖11设置在轮盘21固定叶片22的一侧，轮盘21与轮盖11之间形成第一气体流道，沿第一气体流道的气流方向，轮盘21沿其设置叶片22的一侧弯曲，轮盖11沿远离叶片22的方向弯曲，轮盘21与轮盖11的弯曲方向相同，使得气流流经第一气体流道时可以平稳的完成角度的偏转，保证了流动的稳定性。在一些实施例中，第一气体流道的宽度从进气侧向出气侧逐渐减小，气流在流经第一气体流道的过程中，由于第一气体流道的宽度逐渐减小，导致气流流速增加，从而实现了气体的快速压缩。
87.在本技术提供的一些实施例中，参照图6和图12，壳体1还包括扩压器12，扩压器12位于叶轮2的出气侧且与出气侧流通，气体流道包括扩压器12在出气侧形成的第二气体流道，气体从第一气体流道进入第二气体流道，然后从第二气体流道进入浮空器的囊体8内。在一些实施例中，扩压器12包括上缘121和下缘122，上缘121设置在轮盘21的延伸方向上，下缘122设置在轮盖11的延伸方向上，且与轮盖11固定，轮盖11与上缘121之间设置多个支撑柱123，以支撑上缘121，上缘121和下缘122之间形成第二气体流道。需要补充说明的是，上缘121设置在轮盘21的延伸方向上，上缘121与轮盘21之间设置有间隙，上缘121并未与轮盘21固定，此时，当轮盘21绕叶轮2的轴线方向旋转时，上缘121不随轮盘21进行转动。且轮盖11与上缘121之间设置多个支撑柱123，多个支撑柱123应均布在轮盖11和上缘121之间，避免上缘121受力不均衡，沿一侧倾斜，影响气体从第二气体流道顺利流出，扩压器12如此设计，在满足用于平流层的混流风机的使用要求的前提下，结构形式简单，易于设计，装配性能好。
88.参照图6和图13，进一步地，用于平流层的混流风机包括电机3和轴承4，电机3用于驱动叶轮2绕其轴线方向转动，轴承4的内圈与电机3的输出轴31适配，电机3的输出轴31与轴承4可旋转连接，电机3的输出轴31的一端与叶轮2固定连接，这里，电机3的输出轴31和叶轮2的固定可以是过盈配合，即叶轮2的中心开设有安装电机3的输出轴31的通孔，通孔的内径小于电机3的输出轴31的外径。
89.参照图6和图13，更进一步地，具有高效高度调节能力的用于平流层的混流风机会在动态加热和冷却循环条件下运行，由于各个部件的材料具有不同的热膨胀系统，在高速运行的环境下，行程有限的固定轴承预载系统会出现隐患，会导致轴承系统过载或者欠载，这些会严重影响轴承4的寿命以及转子动力学特性，为了解决上述问题，在高速旋转运行条件下延长轴承预载系统的使用寿命，保持其系统的稳定性和效率，在电机3的输出轴31的另
一端连接有预载组件5，预载组件5设置在轴承4上，预载组件5可沿电机3的输出轴31的轴线方向滑动。本技术提供一种具体的实施例，预载系统包括有端盖51、保持架52和弹性件53，端盖51设置在电机3的输出轴31的另一端的端部，保持架52设置在端盖51和轴承4的外圈之间，保持架52与端盖51可相对滑动，保持架52与轴承4的外圈固定，弹性件53沿电机3的输出轴31的轴线方向设置在端盖51和保持架52之间，当原有的轴承系统过载或欠载时，电机3的输出轴31在发生热变化时会出现尺寸变化，此时，弹性件53会提供一定的预载力至保持架52，保持架52将预载力传递给轴承4外圈，以补偿电机3的输出轴31发生热变化时出现的尺寸变化，提高风机运行的稳定性。
90.参照图6和图13，需要补充说明的是，弹性件53的施力方向与电机3的输出轴31的轴线方向相同，弹性件53可以为波簧，在一些实施例中，为了避免外界的灰尘或水气进入保持架52，阻碍保持架52与端盖51之间可相对滑动的运动，在保持架52和端盖51可相对滑动的部位设置有密封圈54。
91.在本技术提供的一些实施例中，参照图6、图13和图14，电机3的输出轴31与叶轮2固定，带动叶轮2绕其轴线方向旋转，轮盘21与轮盖11形成第一气体流道，扩压器12设置在叶轮2的出气侧，上缘121、下缘122和支撑柱123以形成第二气体流道，为了在叶轮2的进气侧形成第三气体流道，确保气流能够平稳的进入轮盘21与轮盖11形成的第二气体流道，壳体1还包括有风机外壳13和电机外壳14，风机外壳13和电机外壳14均设置在叶轮2的进气侧，且风机外壳13与电机外壳14的两端均为开口设置，电机外壳14设置在风机外壳13的内部，电机外壳14的内壁与电机3固定，风机外壳13的一端与轮盖11固定连接，气流流道包括风机外壳13与电机外壳14通过连接件15固定的第三气体流道。
92.参照图6、图13和图14，需要补充说明的是，电机3内部的绕组采用热装的方式与电机外壳14固定。其中，气体流道包括风机外壳13与电机外壳14通过连接件15固定的第三气体流道，连接件15可以为分隔筋，分隔筋可以设置为四个，均布在风机外壳13和电机外壳14之间，第三气体流道被分隔筋分隔为四部分，可有效增加入口气流的稳定性。
93.在本技术提供的一些实施例中，参照图6和图16，壳体1还包括集流器16，集流器16是用于平流层的混流风机的重要的部件之一，其主要功能是与第三气体流道共同组成用于平流层的混流风机的入口流道，集流器16的两端都为开口设置，集流器16的一端形成进气口161，进气口161设置为喇叭型，将其设置为喇叭型，使得进气口161的入口面积增大，集流效率增加，流道面积逐渐平滑降低，与将集流器16的进气口161设置为直线型相比，将进气口161设置为喇叭型，可以避免进气口161“涡流区域”的形成，从而使得气流均匀加速的进入用于平流层的混流风机，经过验证，相比将其设置为直线型，将其设置为喇叭型，用于平流层的混流风机的工作效率提高了百分之三。这里，“涡流区域”是指气流流入过程中，因为集流器16的内壁或其它部分的形状原因，使气流产生涡流，即气流产生圆形或椭圆形的循环轨迹，相比朝一个方向延伸的轨迹，圆形或椭圆形的循环轨迹会导致气流损失能力，降低集流效率。当然，集流器16的另一端与风机外壳13的另一端固定形成第四气体流道，第四气体流道与第三气体流道连通，共同组成用于平流层的混流风机的入口流道，在一些实施例中，集流器16可以通过基于流体力学的仿真软件获得集流效率更高的入口形状。在一些实施例中，靠近风机外壳13一侧的集流器16上还设置有扩展壳162，扩展壳162设置在风机外壳13的外部，扩展壳162沿安装板18的一侧延伸并固定在安装板18上，扩展壳162与风机外
壳13之间形成线缆腔，线缆腔用于设置线缆。
94.参照图6，除了集流器16外，壳体1还包括整流罩17，整流罩17设置在集流器16内，整流罩17与电机外壳14远离叶轮2的进气侧的一端固定，避免从集流器16的进气口161进入的气流被电机3阻碍，不能顺利的流入轮盘21和轮盖11形成的第一气体流道中。集流器16与整流罩17之间形成第四气体流道，整流罩17的外表面可以为光滑曲面，气体在流动的过程中，阻力更小。需要补充说明的是，第四气体流道的宽度从集流器16上设置进气口161的一端向集流器16的另一端逐渐较小，从第四流道的入口处到达第三流道的入口处，气体流道的面积逐渐平滑降低，增加集流效率。在一些实施例中，整流罩17也可以通过基于流体力学的仿真软件获得阻力更小的形状。
95.在本技术提供的一些实施例中，参照图4、图6和图7，用于平流层的混流风机还包括阀门组件7，阀门组件7包括阀盖71和阀体72，阀盖71通过多个连接柱73与集流器16上设置进气口161的一侧连接，多个连接柱73之间形成进气通道，阀盖71与进气口161适配。相比相关技术中将阀门组件7设置在壳体1的进气口161处，一方面，不会阻挡气流从排气口排除，压缩至囊体8内，极大的提高了用于平流层的混流风机的效率，另一方面，可以通过控制阀门的开度来控制气流进入用于平流层的混流风机模块的速度，从而提高阀门对于风机的调节能力。且阀门组件7通过连接柱73直接与集流器16的进气口161的一侧连接，使得用于平流层的混流风机的结构更加紧凑。
96.参照图6和图16，需要补充说明的是，集流器16的进气口161处之间设置有密封垫711，当阀盖71与进气口161适配时，密封垫711用于对进气口161进行密封，此时，阀盖71与进气口161完全适配，外界的气流无法从进气口161进入，提高了用于平流层的混流风机的控制精准度。
97.参照图4、图6和图17，进一步地，为了将壳体1的各个部件固定为一体，用于平流层的混流风机还包括安装板18，安装板18上设置有多个安装部181，用于将下缘122和集流器16固定在安装板18上。在一些实施例中，安装板18上设置有多圈螺栓孔，如安装板18的内圈螺栓孔用于安装集流器16，安装板18的侧面螺栓孔用于安装下缘122，除了设置多个安装部181以外，安装板18上还设有航插件182和测量件183，航插件182用于实现内部线缆和外部线缆的连接，测量件183用于测量浮空器的囊体8的工作状态，如在安装板18上设置多个引压口，用于测量囊体8的压力，又如在安装板18上设置用于测量氦气浓度的传感器，用于测量囊体8内的氦气的浓度，用于判断囊体8是否发生泄漏。
98.参照图6，安装板18的安装部181除了用于将壳体1的各个部件固定为一体以外，还用于实现用于平流层的混流风机在囊体8上的安装。在一些实施例中，安装板18的外圈螺栓孔用于与法兰盘19的内圈螺栓孔连接，法兰盘19上还设置有外圈螺栓孔，法兰盘19的外圈螺栓孔与压圈配合将艇体薄膜20材料加在中间，通过螺栓预紧力形成密封，有利于气流从出气口124顺利流出。
99.在本技术提供的一些实施例中，参照图4和图6，为了防止浮空器的囊体8未成型之前与旋转的叶轮2接触，用于平流层的混流风机还包括透明罩6，透明罩6与上缘121固定连接，使其位于用于平流层的混流风机的顶部，并位于囊体8内。在一些实施例中，保护罩可以采用耐低温透明聚丙烯材料制成，且在地面测试阶段，可以通过保护罩观察叶轮2的旋转情况，具有重量轻，外观美的特点。
100.以上，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。