一种飞艇牵引绳储绳装置及其使用方法与流程

1.本发明涉及一种飞艇牵引绳储绳装置及其使用方法，该储绳装置尤其适应于平流层飞艇牵引绳的收纳和释放，属于轻于空气的飞行器应用技术领域。


背景技术：

2.平流层飞艇具有载重大，飞行高度适中，可机动、长期定点驻空等优势，利用平流层稳定的气象条件和良好的电磁特性，平流层飞艇在通信、遥感、预警等领域有着广阔的应用前景，发展天地往返、可重复使用的平流层飞艇已经成为当前航空领域内一个技术热点。
3.牵引绳是平流层飞艇的重要组成部分，一般设置在飞艇的前端、尾部及飞艇艇体两侧，一般采用高强、轻质有机纤维绳索制造，主要用于平流层飞艇在发放升空前、返回地面前的地面操作人员对飞艇的牵引和定位：在平流层飞艇发放前，通过地面操作人员或车辆操作飞艇周围的牵引绳，将飞艇转移并固定在发放试验场，在平流层飞艇即将降落地面时，也是通过地面操作人员将飞艇周围的牵引绳系留固定，避免飞艇在近地面时被风吹跑或因降落位置不准确带来损失。
4.由于平流层飞艇外形尺寸大，受外界环境(主要是风)影响大，在其升空和降落过程中产生的安全风险高，地面操作人员要尽量远离飞艇，并且在平流层飞艇降落过程中，地面操作人员还需要提前抓住、锁定牵引绳，因此，平流层飞艇上设置的牵引绳长度一般较长。然而过长的牵引绳，给平流层飞艇的飞行带来如下不利影响：
5.1)有机材质的牵引绳随飞艇经过低温、高湿环境时，易吸潮冰冻，给飞艇带来额外的负载，降低了飞艇的载重和飞行性能；
6.2)有机材质的牵引绳裸露在大气中，受太阳光、紫外线、臭氧、空间射线等环境因素影响，强度性能会加速下降，飞艇驻空时间越长，牵引绳的强度更无法保障，影响飞艇后续的安全返回降落；
7.3)过长的牵引绳在飞艇飞行过程中，受气流扰动，存在牵引绳相互缠绕，牵引绳卷入发动机、螺旋桨，绳索挂住飞艇艇载设备等风险，影响了飞行安全。
8.因此，为了避免牵引绳受大气环境影响、过长牵引绳给飞艇的正常飞行所带来的安全风险，对牵引绳进行合理、有效的处置是平流层飞艇研制、试验过程中一个不可忽视的技术问题。
9.解决上述问题的常规技术方案主要有两种：
10.第一种方案：在平流层飞艇发放升空前，操作人员将每根牵引绳绕成一捆或一卷，打结，以避免过长的牵引绳影响飞行安全，飞艇降落地面后，地面操作人员找准时机，解开打结的牵引绳，再进行飞艇的系留锁定操作。这种方式的存在两个不足：一是绳索暴露于大气中易被老化，二是飞艇降落地面前，绳索难以被解开、锁定，给飞艇降落存在失控风险。
11.第二种方案：缩短平流层飞艇牵引绳长度，并对每根牵引绳整体增加防老化护套，避免过长的牵引绳影响飞行安全，同时提升牵引绳抗环境老化性能。这种方式也存在两个不足：一是较短的牵引绳，无法保障飞艇发放升空的操作安全，飞艇降落地面时，牵引绳也
不易被地面操作人员锁定、系留；二是防老化护套增加了牵引绳的生产成本和重量。


技术实现要素：

12.本发明目的在于提出一种飞艇牵引绳储绳装置及其使用方法，适用于平流层飞艇牵引绳的存储收纳和快速释放，以克服平流层飞艇牵引绳受潮增重、暴露于环境条件下强度性能下降、长度影响飞行安全等不足，该装置可为平流层飞艇的安全发放升空和安全降落提供可靠支持。
13.一种飞艇牵引绳储绳装置，其特征在于，包括解锁模块和用于容纳牵引绳的壳体，所述壳体设置有供所述牵引绳穿出的过绳孔，所述壳体包括能够相对打开闭合的两个壳体部，两个所述壳体部上均设置有绳扣，系留索同时穿过两个所述壳体部上的绳扣并打结从而将两个所述壳体部闭合在一起；所述解锁模块固定设置在所述壳体外表面，所述解锁模块通过电缆连接有切割器，所述切割器用于切割所述系留索，所述解锁模块用于控制所述切割器的切割；当所述系留索被切断后，两个所述壳体部能够相对打开。
14.采用上述技术方案，飞艇升空前，将飞艇牵引绳快速盘绕成绳卷放置在壳体内，牵引绳并从壳体的过绳孔穿出；利用系留索将两个壳体部闭合，使得整个壳体构成密封结构，避免内置的牵引绳受外界大气环境影响；平流层飞艇返回着陆前，通过解锁模块的电缆将电信号传送到切割器，切割器加电，瞬间切断系留索，两个壳体部相对打开，飞艇牵引绳与壳体分离，在重力作用下被快速释放；全部释放后的飞艇牵引绳长度易于地面操作人员完成系留、锁定操作。
15.进一步地，所述过绳孔包括分别位于两个所述壳体部的两个半圆孔，且所述过绳孔直径小于所述牵引绳的绳径。当两个壳体部闭合时，过绳孔夹持住牵引绳，一方面避免牵引绳从壳体内自由滑出，实现飞艇飞行过程中的牵引绳长度固定不变，通过过绳孔定位牵引绳的预留长度；另一方面，有利于保持壳体的密封环境，防止环境中的高湿气氛影响到壳体内的牵引绳。系留索可采用柔性轻质、耐环境有机纤维绳索制成。
16.进一步地，两个所述壳体部铰接连接。优选地，两个所述壳体部之间还连接有弹簧，当所述系留索被切断后，所述弹簧用于将两个所述壳体部打开。通常情况下，系留索被切断后，在重力和风力的作用下，两个壳体部会自动打开，绳卷在重力作用下自动释放。进一步采用弹簧时，可以确保两个壳体部的打开动作。
17.进一步地，至少其中一个所述壳体部上设置有两个所述绳扣，所述切割器用于切割位于两个所述绳扣之间的系留索。优选地，所述系留索穿过所述切割器。在一个壳体部上设置有两个绳扣，当系留索穿过全部绳扣时，一个壳体部上两个绳扣之间的系留索处于直线状态，有利于切割器的切割。
18.进一步地，所述飞艇牵引绳储绳装置包括两个切割器，两个所述切割器串接在所述系留索上。解锁模块同时为两个切割器提供信号，正常情况下，两个切割器同时启动，切断系留索，若一个切割器工作异常，出现失效，通过另一个正常的切割器也可以切断系留索。
19.进一步地，所述解锁模块包括供电模块和两个控制器，所述供电模块为两个所述控制器及所述切割器供电，每一个所述控制器均可以控制两个所述切割器启动。
20.进一步地，两个所述控制器通过接收地面的遥控信号来控制切割器，或者两个所
述控制器根据预设的飞艇飞行高度来控制切割器。
21.进一步地，所述壳体上设置有挂耳，所述挂耳通过挂绳连接至飞艇。采用这种方式，飞艇在飞行过程中，储存有飞艇牵引绳的壳体被挂绳系留在飞艇周围，避免储绳装置晃动幅度过大而与飞艇艇载设备发生碰撞或干涉，飞艇在降落、牵引绳被释放后，壳体留在飞艇挂绳端，可避免壳体以及解锁模块跌落损坏，有利于重复使用。
22.进一步的，在壳体顶部、过绳孔外的牵引绳上，设置有保护套。轻质、柔性保护套避免大气环境(湿气、雨水、日光、紫外线、臭氧、空间射线等)对该部分牵引绳的性能影响，并且在牵引绳上、过绳孔安装位置设置明显定位标记，便于储绳装置的快速安装定位。
23.基于同一发明构思，本发明还涉及上述飞艇牵引绳储绳装置的使用方法，主要包括以下步骤：
24.1)、飞艇升空前，将飞艇的牵引绳盘绕成绳卷放置在壳体内，牵引绳从过绳孔中穿出；
25.2)、使用系留索同时穿过两个所述壳体部上的绳扣并打结从而将两个所述壳体部闭合在一起；
26.3)、飞艇着陆前，解锁模块控制切割器将系留索被切断，两个所述壳体部相对打开，壳体内的绳卷在重力作用下被快速释放。
27.本发明相比于现有技术，具有以下有益效果：
28.1)通过可快速组合形成密封腔体结构的壳体，克服了现有技术的不足，实现了平流层飞艇牵引绳安全收纳和存储；
29.2)该储绳装置具有结构简单、重量轻的特点，对平流层飞艇的额外负载增加较少，有利于平流层飞艇的飞行性能的保持；
30.3)该储绳装置采用多重冗余设计的解锁模块，储绳装置可自主或地面遥控解锁，具有解锁操作简单、响应快捷可靠，牵引绳释放同步性好等优点；
31.4)该储绳装置利用解锁后的飞艇牵引绳自重进行牵引绳的快速释放，避免了其他复杂机构释放的方案，绳索释放过程可靠、安全、节能；
32.5)该储绳装置制造和使用成本低，并可重复使用。
33.总之，本发明的一种平流层飞艇牵引绳储绳装置具有轻质、安全、可靠、低成本等显著特点，为天地往返、可重复使用的平流层飞艇的安全发放升空、驻空飞行和安全降落提供了可靠保障，还可广泛应用于其他高空飞行器、高空气球上辅助绳索的储存和安全可靠、快速释放应用。
附图说明
34.图1是本发明的一种飞艇牵引绳储绳装置壳体闭合状态示意图；
35.图2是本发明的一种飞艇牵引绳储绳装置壳体打开状态示意图；
36.图3是绳卷收纳在壳体内的状态示意图；
37.图4是牵引绳储绳装置在飞艇上的安装示意图；
38.图5是牵引绳储绳装置与飞艇牵引绳分离后的状态示意图；
39.图6是牵引绳储绳装置解锁模块工作原理图；
40.图7是牵引绳储绳装置在平流层飞艇着陆过程中的解锁流程图。
41.图中：1—壳体，1.1—壳体部，2—挂耳，3—系留孔，4—绳扣，5—系留索，6—切割器，7—电缆，8—解锁模块，9—接收天线，10—过绳孔，11—合页，20—牵引绳，30—飞艇，40—挂绳，100—飞艇牵引绳储绳装置。
具体实施方式
42.下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
43.为使本发明的一种飞艇牵引绳储绳装置的目的、技术方案及优点更清晰，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明做进一步详细说明：
44.为了实现上述发明的目的，参照图1～图4，本发明的一种飞艇牵引绳储绳装置，包括壳体1和解锁模块8，解锁模块8设置在壳体1外表面；
45.壳体1包括能够相对打开闭合的两个壳体部1.1，两个壳体部1.1通过其侧面设置的合页11连成一体，在两个壳体部1.1上、与合页相对的一侧各设置有两个绳扣4，系留索5同时穿过两个壳体部1.1上的全部绳扣并打结，从而将两个壳体部1.1闭合在一起，从而形成一个完整、密封的壳体1；
46.壳体1上方和(或)下方设置有挂耳2，通过挂耳2上的系留孔3，壳体1与平流层飞艇30上的挂绳40连接固定；
47.壳体1顶部中心(也可以是其他位置)还设置有一个过绳孔10，过绳孔10由设置在壳体1顶部中心的两个半圆孔组合而成，并且过绳孔10直径略小于飞艇牵引绳20绳径；需要说明的是：过绳孔10不是必须由两个半圆孔组合而成。
48.解锁模块8通过电缆7连接有切割器6，切割器6用于切割系留索5，解锁模块8用于控制切割器6的切割；当系留索5被切断后，两个壳体部1.1能够相对打开；
49.结合图6，解锁模块8主要包括有接收天线9、供电模块及控制器。解锁模块8安装在壳体1外侧，接收天线与9解锁模块8内的控制器连接，电缆7的输入端与控制器连接，输出端与切割器6连接；
50.切割器6安装在系留索5上，并且系留索5从切割器6内穿过；
51.系留索5采用柔性轻质、耐恶劣大气环境的有机纤维绳索制成；
52.作为一种优选方式，壳体1外形为球型或立方体结构，采用轻质刚性材料制造，并且，壳体1包括至少两个壳体部1.1，组合后形成内外表面光滑的薄壁、密封腔体结构；
53.作为进一步的方式，安装在储绳装置壳体1上一侧的合页11，轻质并可灵活转动，可靠连接壳体1的两个壳体部1.1，并根据壳体1大小，在两部分壳体1连接处设置的合页11设置数量在1～3个左右；当壳体1包含多个壳体部1.1时，只要其中两个壳体部1.1能够相对打开或关闭，以容纳或释放绳卷；
54.作为一种优选实施方式，所述的合页11为内置有弹簧的合页，闭合两个壳体部1.1时，需要施加外力压缩弹簧，当系留索5被切断后，两个壳体部1.1在合页的弹簧回复力作用下可自动打开；
55.作为一种优选实施方式，在壳体部1.1的外表面设置两个绳扣10，且绳扣10内设有穿绳孔(图中未示出)，当两部分壳体闭合后，绳扣10的穿绳孔处于一条直线上，系留索5通过穿绳孔将两组绳扣10锁定，形成一个完整、封闭的壳体；
56.作为一种优选实施方式，为了提升解锁模块8工作可靠性，解锁模块8采用冗余设
计，即采用了两个切割器6、一套电缆7及一个控制器；两个切割器6串接在系留索5上；供电模块同时为两个控制器提供电源输入；电缆7为复合电缆，其输入端与控制器连接，输出端分别连接两个切割器6；
57.两个控制器的遥控频率可以设置不同，也可以设置相同，通过信号接收天线与地面飞艇地面控制系统信号连接；
58.采用上述方案，每路控制器均可以提供信号单独控制两个切割器6启动，提升了解锁模块8的工作可靠性；
59.进一步的，平流层飞艇上所有牵引绳储绳装置100的解锁模块控制频率设置相一致，通过地面飞艇地面控制系统可以实现一键解锁。
60.作为一种优选实施方式，为提高飞艇上所有飞艇牵引绳20解锁的同步性，切割器6为电启动火工品或电热丝熔断器，系留索5从切割器6内穿过，切割器6加电后瞬间完成系留索5的切断。根据切割器的类型来决定切割器安装方式，系留绳不是必须要穿过切割器，当然穿过是更优选的方式。
61.作为一种优选实施方式，两个壳体部1.1之间还连接有弹簧(未图示)，当系留索5被切断后，弹簧用于将两个壳体部1.1打开；通常情况下，系留索被切断后，在重力和风力的作用下，两个壳体部1.1会自动打开，绳卷在重力作用下自动释放；进一步采用弹簧时，可以确保两个壳体部1.1的打开动作。
62.为了更清楚了解本发明的一种平流层飞艇牵引绳储绳装置的构成及使用效果，结合附图4、附图5及附图7，进一步阐述本发明的一种平流层飞艇牵引绳储绳装置在平流层飞艇上的应用：
63.平流层飞艇30升空前，将飞艇牵引绳20快速盘绕成绳卷安装在壳体1内，并从壳体1顶部的过绳孔10穿出，并通过过绳孔10定位牵引绳的预留长度；通过绳扣4及系留索5，使两部分壳体1闭合构成对飞艇牵引绳20的密封结构；
64.平流层飞艇30驻空飞行过程中，平流层飞艇牵引绳储绳装置100停留于飞艇牵引绳20规定的位置上，并且，通过挂绳40与飞艇连接，避免储绳装置100晃动幅度过大而与飞艇艇载设备发生碰撞或干涉；
65.平流层飞艇30返回着陆前，飞艇可实时测量其离地高度h，并将该高度值与预定(或临时设定)的牵引绳解锁高度值h进行比对，当h≤h时，通过飞艇地面控制系统发送储绳装置100解锁指令，储绳装置100上的解锁模块8通过接收天线9接收指令信号，控制器立即响应，通过电缆7将电信号传送到切割器6，切割器6加电，瞬间切断系留索5，储绳装置100壳体1的两个壳体部1.1从绳扣4处脱开，绳卷与壳体1分离，在重力作用下被快速释放；全部释放后的牵引绳20被地面操作人员定位，完成平流层飞艇30的系留、锁定。需要说明的是：除了上述的遥控控制方法之外，两个控制器也可以根据预设的飞艇飞行高度来自动控制切割器，这样当飞艇下降到一定高度时，不需要地面的指定，控制器自主发出信号给切割器进行切割操作。
66.并且，为了避免大气环境(湿气、雨水、日光、紫外线、臭氧、空间射线等)对壳体1外的飞艇牵引绳20的性能影响，对该部分的飞艇牵引绳20设置轻质、柔性保护套，并且在牵引绳20上、过绳孔10安装位置设置明显定位标记，便于储绳装置100的快速安装定位。
67.上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，在不冲突的情况下，本发明中的实
施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是局限性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。