一种系留气球

1.本实用新型涉及系留设备，具体涉及一种系留气球。


背景技术：

2.系留气球的安全可靠工作完全依赖于对囊体压力的调节和控制，故压力调节系统成为系留气球系统设计中的关键技术之一。除此之外系留气球放飞成本一直是制约系留气球推广应用的因素，氦气作为战略储备的不可再生的“黄金气体”，产地大部分在国外，故国内完全依赖进口，价格一直高居不下，故氦气的成本成为制约系留气球应用推广的关键。
3.目前大都是对系留气球工作结束后囊体内的氦气进行回收储存再重复使用。但目前系留气球主气囊一般只有一个固定的充和回收的接口，且均布置在尾翼位置。无论是给囊体充气还是回收囊体内的氦气，效率都受到严重制约。同时气球正下部的空气囊体也只有一个风机调节控制器，尾翼的空气囊体则是通过外接气管与空气囊体连接。这样的设计和布局，导致系留气球的充和回收氦气效率低，压力调节控制不灵活。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于：针对上述存在的问题，提供了一种系留气球，通过在系留气球不同位置布局充排气控制器和压力调节控制器，同时对充回收氦气的接口的数量进行增加和合理布局，极大提高系留气球充氦气和工作结束后回收氦气的效率，使得整个系留气球作业的准备和收尾阶段的时长缩减，从而极大提高系留气球作业效率。
5.本实用新型的技术方案如下：
6.本实用新型一种系留气球，包括主气囊、尾翼和空气囊体；所述空气囊体包括设置在主气囊正下方的前空气囊体、中空气囊体和后空气囊体，以及位于尾翼的尾翼上空气囊体、尾翼下右空气囊体和尾翼下左空气囊体；所述主气囊的头部上方和下方，以及主气囊的尾部下方分别设置有氦气充气接口，氦气充气接口分别连接有充排气控制器；所述空气囊体上分别设置有压力调节控制器接口，连接压力调节控制器。
7.进一步的，所述充排气控制器包括固定面板一，固定面板一安装在固定底座一上，固定底座一连接阀体一，阀体一与支架一连成一体，支架一另一端上安装有舵机一；所述支架一和阀体一内安装有复位弹簧一和密封头一，复位弹簧一一端接触舵机一，另一端接触密封头一，密封头一与阀体一接触密封。
8.进一步的，所述压力调节控制器包括固定面板二，固定面板二安装在固定底座二上，固定底座二连接阀体二，阀体二与支架二连成一体，支架二另一端上安装有舵机二；所述支架二和阀体二内安装有复位弹簧二和密封头二，复位弹簧二一端接触舵机二，另一端接触密封头二，密封头二与阀体二接触密封；所述固定面板二中部设有出口，出口内安装有风机。
9.进一步的，还包括锚泊车、主缆绳、副缆绳和副侧缆绳；所述主缆绳和副缆绳上分别设置有拉力传感器，拉力传感器实时采集主缆绳和副缆绳的拉力数据。
10.进一步的，所述锚泊车上还设置有主缆绳固定滑轮、主缆绳卷扬机、副缆绳固定滑轮、副缆绳卷扬机、两个副侧缆绳绞盘、塔架；所述副缆绳由副缆绳卷扬机上引出，穿过副缆绳固定滑轮和塔架，通过塔架顶部穿出与主气囊头部连接；所述副侧缆绳缠绕在副侧缆绳绞盘的旋转轴上；所述主缆绳通过主缆绳卷扬机上引出，穿过主缆绳固定滑轮与主气囊连接。
11.进一步的，所述空气囊体下方还挂有载荷吊舱；所述载荷吊舱中设置有监控和控制系统模块，集中控制充排气控制器、压力调节控制器和拉力传感器。
12.进一步的，所述监控和控制系统模块包括主控芯片、压力调节模块、拉力监控模块和充排气控制模块，主控芯片分别连接压力调节模块、拉力监控模块和充排气控制模块，用于监测控制系留气球充氦气和氦气回收、调节艇身压力、根据缆绳拉力调节艇身姿态；所述压力调节模块连接压力调节控制器，充排气控制模块连接充排气控制器，拉力监控模块连接拉力传感器。
13.综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：
14.1、本实用新型系留气球的主气囊上设计有三个充排气控制器的接口，充气时采取多个接口切换对主气囊进行氦气填充，工作结束时多个接口切换对主气囊进行氦气回收。
15.2、本实用新型系留气球工作时，在极端条件下，主气囊可通过充排气控制器自动打开进行主动泄压和及时关闭，实现快速的压力调节控制。
16.3、本实用新型系留气球空气囊体的每个独立空气囊体上设计有可独立调节控制的压力调节控制器接口，使得各独立空气囊体具备自主调控能力。
17.4、本实用新型系留气球正下方的空气囊体分成前、中、后三个独立空气囊体，均可独立进行充排空气，在系留气球升空和下降过程中可发挥控制俯仰角的特殊作用。
18.5、本实用新型系留气球的主缆绳和副缆绳上增加拉力传感器实时监测拉力变化，确保系留气球飞行安全。
附图说明
19.图1是本实用新型系留气球的工作状态示意图。
20.图2是本实用新型系留气球的正视图。
21.图3是本实用新型系留气球的结构示意图。
22.图4是实施例中充排气控制器的结构示意图。
23.图5是实施例中充排气控制器的剖面和安装位置示意图。
24.图6是实施例中压力调节控制器结构示意图。
25.图7是实施例中压力调节控制器的剖面和安装位置示意图。
26.图8是实施例中监控和控制系统模块的结构示意图。
27.附图标记：1-锚泊车，101-配电动力柜，102-塔架，103-支架，104-主缆绳固定滑轮，105-副侧缆绳绞盘，106-主缆绳卷扬机，107-副缆绳卷扬机，108-轮胎走形系统，109-液压支腿，110-副缆绳固定滑轮，2-副缆绳，3-主气囊，4-载荷吊舱，5-主缆绳，6-副侧缆绳，301-主缆绳拉力传感模块，302-副缆绳拉力传感模块，401-监控和控制系统模块，303-尾翼上空气囊体，304-尾翼下右空气囊体，305-尾翼下左空气囊体，306-后空气囊体，307-中空气囊体，308-前空气囊体，7-充排气控制器，701-固定面板一，702-固定底座一，703-支架
一，704-舵机一，705-复位弹簧一，706-一级密封圈一，707-阀体一，708-密封头一，709-阀体一密封圈，710-二级密封圈一，711-管接头活接槽，8-压力调节控制器，801-固定面板二，802-风机，803-固定底座二，804-支架二，805-舵机二，806-复位弹簧二，807-一级密封圈二，808-阀体二密封圈，809-密封头二，810-阀体二，812-二级密封圈二，9-囊体蒙皮层。
具体实施方式
28.需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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、物品或者设备不仅包括那些要素，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、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
29.下面结合实施例对本实用新型的特征和性能作进一步的详细描述。
30.本实用新型公开一种系留气球，包括主气囊3、尾翼和空气囊体；所述空气囊体包括设置在主气囊3正下方的前空气囊308体、中空气囊体和后空气囊306体，以及位于尾翼的尾翼上空气囊体303、尾翼下右空气囊体304和尾翼下左空气囊体305；所述主气囊3的头部上方和下方，以及主气囊3的尾部下方分别设置有氦气充气接口，氦气充气接口分别连接有充排气控制器7；所述空气囊体上分别设置有压力调节控制器8接口，连接压力调节控制器8。
31.如图1所示，锚泊车1包括配电动力柜101、塔架102、支架103、主缆绳5固定滑轮104、副侧缆绳6绞盘105、主缆绳5卷扬机106、副缆绳2卷扬机107、轮胎走形系统108、液压支腿109、副缆绳2固定滑轮110、副缆绳2、主缆绳5、副侧缆绳6。锚泊车1到现场后进行展开，四个液压支腿109撑起整个锚泊车1，保持轮胎走形系统108完全腾空；同时展开塔架102和绞盘支臂等部件。
32.系留气球先在地面将空气囊体充一部分空气，接着对主气囊3充一部分氦气，待系留气球外形初现，将其移到锚泊车1上；副缆绳2由副缆绳卷扬机107上引出，穿过副缆绳固定滑轮110和塔架102，通过塔架102顶部穿出与系留气球头部连接；系留气球两侧副侧缆绳6与支臂上的绞盘连接，缠绕在绞盘的旋转轴上。系留气球完全充好气前，靠一根副缆绳2，两根副侧缆绳6和支架103固定在锚泊车1上。系留气球完全充好气后，挂上载荷吊舱4。主缆绳5卷扬机106上的主缆绳5，通过主缆绳5固定滑轮104与系留气球连接；同时对系留气球的载荷的电路和光缆调试无误后就可升空。
33.缓慢放开副缆绳卷扬机107上的副缆绳2和两侧绞盘上的副侧缆绳6，系留气球渐渐升高。监测系留气球的俯仰角和现场风力和风向的变化。待升空到10米左右后，主缆绳5开始受力，同时可完全放开两侧的副侧缆绳6与绞盘的缠绕连接，此时系留气球完全靠主缆绳5和副缆绳2与锚泊车1产生受力关系。后续系留气球升空靠同时操控主缆绳卷扬机106和副缆绳卷扬机107放开使得系留气球上升到预定高度。
34.如图2所示，系留气球的主缆绳5和副缆绳2上增加拉力传感器实时监测拉力变化，拉力传感器采用主缆绳拉力传感模块301和副缆绳拉力传感模块302；系留气球下部布置载
荷吊舱4，吊舱上部布置有监控和控制系统模块401，监控和控制系统模块401连接电源。
35.如图8所示，监控和控制系统模块401包括主控芯片，主控芯片分别连接压力调节、拉力监控和充排气控制模块；压力调节分别连接六个压力调节控制器8，拉力监控分别连接主缆绳拉力传感模块301和副缆绳拉力传感模块302；充排气控制连接三个充排气控制器7；从而分别与充排气控制器7、压力调节控制器8和拉力传感器连接，接收信息或发送执行指令信息，从而根据拉力传感器采集的数据，控制锚泊车1的缆绳，控制系留气球；分别控制充排气控制器7、压力调节控制器8，进行自动充排氦气或空气。
36.监控与控制系统模块负责监测控制系留气球充氦气和氦气回收、调节艇身压力、根据缆绳拉力调节艇身姿态。在充排氦气过程中，监控与控制系统模块主控芯片发出控制指令，经充排气控制电路处理后，驱动系留气球上充排气控制器上舵机工作，实现充氦气或者氦气回收。压力调节控制器内设有压力传感器，压力传感器实时监测系留气球内压力并将压力值传输给监测与控制系统模块，当监测与控制系统模块监测到系留气球主气囊内压力过大时，主控芯片发出排气指令，经压力调节电路处理后驱动压力调节控制器内排气舵机工作，实现向外排气；反之当监测到压力过小时，该模块控制压力调节控制器内风机和舵机同时工作，向系留气球囊体内充空气。拉力监控通过缆绳上拉力传感器实现，监测与控制系统模块实时监控主缆绳和副缆绳拉力，通过收或者放缆绳来控制两缆绳拉力均衡，从而使系留气球艇身姿态平稳。充排气控制器、压力调节控制器和主缆绳及副缆绳上增设拉力传感器的控制集成到飞艇监控和控制系统模块中，进行集中控制和实时监测。
37.如图3所示，系留气球的主气囊3上布置有三个充排气控制器7的接口，一个布置在主气囊3顶部最高处位置(头部上方)，另两个则是布置在主气囊3头部下方和尾部下方，三个充排气控制器7均可独立工作。系留气球正下方的空气囊体分为前、中和后三个独立的空气囊体，其尾翼的空气囊体分为尾翼上空气囊体303、尾翼下右空气囊体304、尾翼下左空气囊体305三个独立的空气囊体，六个空气囊体上均布置可独立调节控制的压力调节控制器8接口，进行独立的压力调节控制。
38.如图4所示，充排气控制器7的固定面板一701与固定支座一通过固定面板一701上的固定孔进行连接固定。支架一703一端安装舵机一704，另一端则是跟阀体一707连接成一体，支架一703和阀体一707组成的结构中安装有复位弹簧一705和密封头一708。充排气控制器7还包括一级密封圈一706、二级密封圈一710、管接头活接槽711。
39.如图5所示，充排气控制器7的固定底座一702采用镶嵌或者活动固定密封的方法固定在主气囊3的囊体蒙皮层9上，支架一703与阀体一707连接成一体，通过复位弹簧一705将密封头一708限位在其中，使其只能在轴向位置左右移动，舵机一704的开启工作使得复位弹簧一705被压缩，密封头一708向右移动，其与阀体一707的密封面被打开，此时充排气控制器7处于充气或者排气状态，舵机一704的停止工作，则密封头一708与阀体一707接触面紧贴在一起，充排气控制器7处于封闭状态，固定面板一701通过阀体一707密封圈与阀体一707连接，通过固定面板一701上的固定孔固定在固定底座一702上。舵机一704、复位弹簧一705位于囊体蒙皮层9内，即主气囊3内部，而固定面板一701、一级密封圈一706、二级密封圈一710、管接头活接槽711位于囊体蒙皮层9外，外部大气环境。
40.如图6和7所示，压力调节控制器8包括固定面板二801，固定面板二801安装在固定底座二803上，固定底座二803连接阀体二810，阀体二810与支架二804连成一体，支架二804
另一端上安装有舵机二805；所述支架二804和阀体二810内安装有复位弹簧二806和密封头二809，复位弹簧二806一端接触舵机二805，另一端接触密封头二809，密封头二809与阀体二810接触密封。压力调节控制器8的固定底座二803镶嵌或者活动固定在主气囊3的囊体蒙皮层9上，复位弹簧二806、密封头二809、阀体二密封圈808、阀体二810位于囊体蒙皮层9内，即空气囊体内部，固定面板二801、风机802、一级密封圈二807和二级密封圈二812位于囊体蒙皮层9外，即外部大气环境中。压力调节控制器8还设置有一级密封圈二807和二级密封圈二812。压力调节控制器8的基本结构跟充排气控制器7的结构大致相同，只是在固定面板二801出口的位置安装一台小风机802，当压力调节控制器8处于充气状态时，小风机802会自动启动，向囊体内连续补充空气。
41.在本实用新型中，系留气球放飞前，需要给主囊体填充氦气，目前除了按常规在主气囊囊体尾部布置一个氦气充气接口外在其前部下方和上方各布置一个。刚充气时，采取先对前部下方和上方两个充气接口进行充气，此时充排气控制器密封头被充气管接头顶开，进入充气状态。待主气囊体初具外形，将前部上方充气口关闭同时移到尾部的充气口进行充气，直至主囊体充气全部结束。此种充气操作较现有方式，增加了充气的接口数量，可对不同部位进行充气，极大提高了充气的效率。
42.系留气球升空工作过程中，海拔高度和太阳光照的变化，都会引起主气囊囊体内部压力的骤变，这会造成对系留气球安全的严重威胁，目前主要靠空气囊体泄压来维持主囊体压力的稳定，但这种调节控制响应有延时，本发明采用主囊体在极端条件可主动泄压的方式，主要靠前部上方(系留气球主囊体最高位置)充气接口的充排气控制器进行自动泄压，恰好此位置泄压的方式最直接和迅速。工作结束后的系留气球氦气回收操作，采取先对前部下方和尾部的两个充气接口接通进行氦气回收，待主气囊体外形维持不住开始变形后，将尾部充气口关闭同时移到前部上方和下方的充气口进行氦气回收，直至氦气回收全部结束。
43.系留气球的正下方的空气囊体和尾翼的空气囊体均由独立的压力调节控制器进行控制补充空气、对外排空气进行泄压或者关闭对外的通道进行稳压，这种改进极大提高了空气囊体的安全冗余度和独自进行压力调节的可靠性。
44.本实用新型的系留气球和控制系统，相较现有的技术从根本上改变了系留气球压力调节控制的方式，且充回收氦气效率有了根本的提高。工作时主气囊在极端环境条件变化的情况下，可以自动进行泄压进行压力保护，同时空气囊体均可独立进行充空气和独立自动泄压，除此之外还可实时监测主缆绳和副缆绳的拉力变化，多因素和角度对系留气球的飞行姿态进行控制调节，确保其安全可靠性的工作。
45.以上所述实施例仅表达了本技术的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。