系留式太陽能WiFi飛艇設計構想

連波 毛潤澤 趙靜云

摘要：本設計構想旨在利用飛艇的懸空穩定性，以及在空中受到的信號阻礙小等優勢，向固定區域進行WIFI覆蓋。同時利用飛艇巨大的受光面積，在飛艇上鋪設太陽能薄膜電池使飛艇達到更長的留空時間。最終使飛艇能夠長時間并且穩定的作為一個空中信號“基站”。

關鍵詞：系留飛艇；太陽能無線通訊；副氣囊

O引言

在現代生活中WiFi已經成為了必不可少的設備，然而在許多場合下我們都沒有辦法獲取WiFi信號或者能獲取的信號強度非常弱，比如在大型的會場，體育賽事中，人流量巨大，地面上的WiFi受到的阻礙非常大，信號傳播受到限制。另外在森林等荒郊地區，由于太過偏僻，不易應用WiFi設備，而且信號不能到達，這就需要一種新型的能夠提供WiFi信號的設備來解決人們上網的需求。并且要求這種設備能夠提供穩定的信號，易于攜帶，信號強度高，覆蓋面積大。本設計方案將WiFi設備搭載于飛艇之上，利用太陽能為飛艇提供動力，同時滿足wifi設備電力需求。飛艇懸空的穩定性以及在高空中信號阻礙較少的優點，使WiFi可以方便地搭設，從而能夠將信號投射到所需要的區域。

1設計方案

飛艇艇體采用仿生學水滴型型線構建飛艇囊體外形，最大寬度位于囊體中部。飛艇尾部采用直線收尾形式，直線段長度與囊體最大寬度比值為0.45。此時囊體正面迎風阻力較小，浮空穩定性較強。

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，通過高頻熱合的方式粘接。主氣囊內部充滿氦氣提供升力，飛艇前后另有兩個副氣囊充填空氣，可根據需要充壓或放氣，以達到在不排放主氣囊內氣體的條件下維持主氣囊內外壓力差為定值。同時，前后副氣囊間的雙向風扇還可調節飛艇浮力中心位置，正向旋轉向后氣囊充氣可使飛艇產生抬頭力矩，反向旋轉向前氣囊充氣可產生低頭力矩，用以調節飛艇俯仰。雙向風扇工作時，空氣閥打開；雙向風扇停止工作時，空氣閥關閉。囊體靠后位置靠近系留艇頂部設有壓縮氦氣囊和第一氦氣閥，用于升力不足時釋放氦氣提供升力。

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構，加強局部結構強度的同時使飛艇形成符合空氣動力學設計的囊體外形。艇首帽大小為艇囊直徑的12%，能夠將系留裝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，系留環也位于飛艇頭部，通過纜繩與地面電動絞盤連接。吊艙中搭載有WiFi信號發生器，通過在高空中接收地面基站的4G信號，并轉化成WiFi信號向地面發射，從而能夠為通訊不便的區域提供無線信號。

飛艇采用的控制系統包括艇載飛行控制計算機、傳感器模塊、A/D轉換器和電源模塊，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A/D轉換器傳入艇載飛行控制計算機進行分析處理，飛行控制計算機對尾翼、空氣閥和雙向風扇發出控制指令信號，通過調整垂直尾翼活動面傾斜角度調節飛艇朝向，保證飛艇前端始終為迎風面，通過雙向風扇和空氣閥對兩個副氣囊中的空氣量進行控制，從而調整飛艇俯仰；通過調整水平尾翼活動面傾斜角度產生相應的扭矩，協助調整飛艇的俯仰姿態。

2性能分析

太陽能系留艇搭載有WiFi設備，可以充分發揮處在高空位置，信號覆蓋范圍廣的優勢，在大型體育賽事、大型慶典活動、風景區等需要大面積覆蓋無線網絡的場合進行部署，方便快捷、工作穩定且成本低廉。同時，利用太陽能供電，蓄電池儲電實現24小時不間斷提供WiFi信號覆蓋?？紤]到WiFi信號穩定的因素，省去常規飛艇的動力裝置，同時利用太陽能作為主要能源供給，航時持久。光照充足情況下，能夠實現24小時持續續航。

3結論

本文闡述了一種新型的太陽能WiFi系留艇設計方案，飛艇艇體鋪設太陽能薄膜陣列，利用飛艇巨大的受光面積產生姿態控制以及WiFi信號發射所需的能量。能夠充分發揮處在高空信號覆蓋范圍廣的優勢，在大型體育賽事、大型慶典活動、風景區等需要大面積覆蓋無線網絡的場合進行部署，方便快捷、工作穩定且成本低廉，有著很大的發展前景。

參考文獻：

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