体育场遮顶式系留气球系统的制作方法

1.本发明涉及浮空器技术领域，特别涉及体育场遮顶式系留气球系统。
2.

背景技术：

3.大型体育场设计时考虑到建造成本、草皮维护、体育场通风等原因，通常建造成不封顶的结构。
4.体育赛事举办时通常会受到天气的影响，例如刺眼的阳光、高温、雨雪天气等，都会对赛事带来一定的影响，既影响运动员的正常发挥也会降低观众观看赛事的直观体验。
5.浮空器作为一种依靠气囊内部轻于空气的气体产生浮力、克服自身重力实现浮空，从而执行预定任务的飞行器，具有留空时间长、安全性高的特点。系留气球作为浮空器中的一种，通过系留缆绳悬浮在空中的预定位置，可以搭载各种设备，完成预定的任务。
6.目前，常规系留气球的使用通常是在系留气球上搭载相应的设备，将气球升空到相应高度完成预定的任务目标，系留气球仅作为升空运载工具的作用，没有将气球作为遮顶工具的实际应用。
7.鉴于上述情况，本发明创造者结合实际需求联系相应的产品技术发明了体育场遮顶式系留气球系统。
8.

技术实现要素：

9.本发明的目的在于提供一种降低天气原因对体育赛事影响的方法，让运动员和观众处于一个舒适的环境，提高运动员和观众参加赛事的整体感受，辅助赛事顺利举办。达到这个效果的同时该方法应具有使用便捷、成本低、可重复利用等优点，并且对现有体育场通风、草皮维护等设施不做过多的改变。
10.本发明的技术方案是：体育场遮顶式系留气球系统，包括系留气球、系留气球上下表面覆盖材料、系留拉索、系留缆绳、轨道轮和锚泊设备；系留气球由位于气球中心的升力气囊（1）、位于气球外圆环上层的升力气囊（2）和副气囊组成，系留缆绳内部含有充气管和供电线，系留缆绳穿过轨道轮改变方向，锚泊设备包括收放机构、供气装置电源和供电线。
11.所述系留气球形状为扁的椭球体，完全充气后横向浮空于体育场的正上方，遮住体育场的顶部，与体育场的顶部留有安全距离，该系留气球由三个气囊组成，分别是位于中心的升力气囊（1）、位于外圆环上层的升力气囊（2）、外圆环下层的副气囊；由于本发明的遮顶式系留气球系统整个系留气球的使用周期在低空范围，不需要升至高空，故升力气囊(1)的最小体积为其充满气后产生的浮力大于整个系留气球重力所对应的体积即可，其充满气后带动系留气球缓慢上升。
12.所述系留气球上下表面分别设有一层不同的复合材料，上表面覆盖的材料为遮顶材料，其具有的功能为透光、反光、隔热、保温、摩擦阻力小中的一种或多种；下表面覆盖的
材料为光反射材料，夜间可通过反射照灯的光来辅助体育场的照明。
13.所述系留气球上下表面坡度不一样，下表面的坡度比上表面的缓一些，正常情况下有水平侧风吹来时系留气球会朝着风向低头，非对称结构的设计使得当有侧风吹来时气球下表面压强大可以提供给系留气球一个向上的俯仰力矩，阻碍系留气球的低头，保证系留气球的稳定性。
14.所述系留气球由四根系留缆绳及相应的多条系留拉索固定，布置在系留气球下表面靠近气球边缘的位置，每根系留缆绳的方位为系留气球俯视图椭圆长轴和短轴45
°
角平分线方向，四根系留缆绳及相应的系留拉索以所述系留气球的纵向平面和横向平面对称布置；每根系留缆绳内部含有充气管和供电线，充气管的上端依次穿过副气囊、升力气囊（2），与升力气囊（1）相连，充气管端部设有电磁阀；充气管在升力气囊（2）中延伸出另外一段充气管，留在升力气囊（2）中，其端部设有电磁阀；整条充气管的下端连接锚泊设备供气装置的出气口，通过控制每个电磁阀的开关可以分别向不同的气囊内充放气体。
15.所述系留气球升力气囊（1）和副气囊安装有应急放气装置，紧急情况下可撕裂气球；副气囊下方安装有风机和电磁阀，用于向副气囊充入空气。
16.所述锚泊设备包括收放机构、供气装置、控制器和电源，供气装置出气阀连接充气管底端，供电线连接风机和多个电磁阀，控制器控制各个电磁阀的开关以及风机的启动和关闭。
17.所述系留气球与锚泊设备之间设置轨道轮，每根系留缆绳穿过轨道轮改变方向，可令锚泊设备有很大的位置选择空间；轨道轮布置在地面上，也可通过钢轨固定在空中，便可以最大限度的减少系留缆绳、锚泊设备对比赛的影响。
18.本发明提供所述遮顶式系留气球系统的使用方法，比赛开始前将系留气球置于体育场的中心位置，首先对升力气囊（1）充氦气，气球慢慢上升，利用系留拉索和系留缆绳控制系留气球的位置，将系留气球升至完全脱离体育场顶部建筑并留有一定的安全距离之后，对升力气囊（2）和副气囊充气。整个系留气球充气完成后将系留气球的高度降低，保持与体育场顶部有一个合适的距离，既能遮住顶部又不会影响体育场的通风，此时为该系统的工作状态，赛事期间根据实时风速控制系留气球的姿态，让气球保持好的稳定性；赛事结束后先将气球升高，升力气囊（2）和副气囊放气，然后缓慢回收气球。
19.本发明所述的遮顶式系留气球系统气球稳定的控制方法，形状为扁椭球体的气球受大风天气的影响较大，因而根据赛事当天的实时风速以及气球上下表面坡度的差异，获得气球产生的俯仰力矩，根据俯仰力矩和四根系留缆绳上拉力的差异，调整每根缆绳的收放长度，从而改变气球的姿态，增强遮顶式系留气球的抗风能力。
20.与现有背景及相关技术相比，本发明的实际意义及有益效果在于：一、足球作为世界范围内影响最广的运动，每一场盛大的足球比赛都会吸引上万名的球迷来到现场观看，对体育场硬件设施的水平提出了很高的要求，目前体育场封顶的必要性还在商榷，但赛事举办时天气好坏对赛事的影响是实际存在的，因而有必要对赛事当天体育场内的环境做更加完美的准备，本发明创造性地采用遮顶式系留气球系统解决天气对体育场赛事影响的问题，赛事开始前将气球升空，遮住体育场的顶部，赛事结束后回收气球，既使整场赛事举办的更加完美又不对体育场有很大的改动，有一举多得的作用。同时本发明所述的遮顶式系留气球系统仅作为解决这个问题的一个办法，提供解决这个问题的
一个思路，随着材料及相关技术的发展会有更好的方式代替本发明服务于体育赛事。
21.二、遮顶式系留气球系统结构简单、造价低、充放气速度快、使用回收便捷、可重复使用；该系留气球系统使用高度低，不需要气球产生很大的浮力，每次所需的氦气量较少，升力气囊（1）充入氦气量只需保证整个气球浮空，升力气囊（2）用来支撑整个气球的外形，使用时还可根据实际情况优化升力气囊（1）、（2）的气体分布，进一步减少每次使用的氦气量，每次使用的成本低；本系留气球系统设计4根系留缆绳控制气球的稳定和充放气，大大减少了使用前后气球的充放气时间，同时气球的升空和回收通过锚泊设备的控制器便可实现，简单快捷，符合实际需要；三、遮顶式系留气球系统有较高的安全性和稳定性，遮顶式系留气球不需要产生很大的浮力，故每次充入的氦气量不大，同时采用四根系留线缆及相应的系留拉索控制气球的姿态和收放，分到每根缆绳上的拉力进一步降低，每个气囊都设有应急放气装置，紧急情况下气球可以很快的回收，对赛场的安全有多重保障；同时系留气球下表面较平缓的设计以及对气球姿态的控制能进一步增强气球的稳定性；四、遮顶式系留气球系统可以很大的提高运动员和观众的赛事体验，对现有体育场没有较大的影响；远动员和观众不会受到刺目的阳光、大雨、高温天气所带来的影响，同时夜间比赛时遮顶式系留气球还可均匀反射场内照灯的灯光，辅助赛场的照明，可以很大程度的提高运动员和观众的舒适度；同时该气球不需对现有体育场有较大的改动，赛事举办前将气球升空，赛事结束后回收气球，不会影响体育场草皮的日常维护；使用时气球与体育场顶部留有安全距离，保证体育场的通风要求；轨道轮可以使锚泊设备安放位置有很大的选择余地，将轨道轮固定在空中的话还可以降低系留缆绳对赛事的影响。
22.附图说明
23.图1为本发明一个优选实施例的使用状态示意图。
24.图2为本优选实施例中遮顶式系留气球的结构示意图。
25.图3为本优选实施例中遮顶式系留气球升空过程或回收过程中的示意图。
26.图4为本优选实施例中充气管及轨道轮布置在空中的示意图。
27.图示序号1—主气囊1，2—主气囊2，3—副气囊，4—系留拉索，5—系留缆绳，6—体育场，7—轨道轮，8—锚泊设备，9—系留气球上表面覆盖材料，10—系留气球下表面覆盖材料，11—紧急放气阀，12—电磁阀，13—风机，14—充气管，15—钢轨。
28.具体实施方式
29.以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
30.如图1、图2、图4所示，本实施例提供的体育场遮顶式系留气球系统，包括升力气囊1、升力气囊2、副气囊3、系留拉索4、系留缆绳5、轨道轮7、锚泊设备8、气球上表面覆盖材料9、气球下表面覆盖材料10、紧急放气装置11、电磁阀12、风机13、充气管14、钢轨15。
31.所述系留气球形状为扁的椭球体，工作时横向设置浮空于体育场的正上方，遮住
体育场的顶部，与体育场顶层建筑留有安全距离，既有遮顶效果也不会影响体育场的通风；该系留气球分为三个气囊，分别是位于中心的升力气囊1和位于外圆环上层的升力气囊2和外圆环下层的副气囊3组成，各个气囊之间热合成一个系留气球；主气囊1位于整个系留气球的中心，充氦气，其体积的大小保证升力气囊1充满氦气后所产生的浮力能带动整个气球以及系留拉索、缆绳向上运动；升力气囊2位于系留气球外圆环上层，充满氦气后支撑整个系留气球的外形；副气囊3位于系留气球外圆环下层，充空气，通过风机13和电磁阀12对其进行充放气。
32.如图2所示，所述系留气球上下表面分别设有一层不同的复合材料，上表面覆盖材料9起到遮顶的作用，材料具有的功能为透光、反光、隔热、保温、摩擦阻力小中的一种多种，上表面的材料可根据当天天气进行选择；下表面覆盖材料10为光反射材料，夜间可通过反射照灯的光来辅助体育场的夜间照明。
33.如图4所示，所述系留气球由四根系留缆绳5及相应的多条系留拉索4固定，四根系留缆绳及相应的系留拉索以所述系留气球的纵向平面和横向平面对称布置；每根系留缆绳内部含有充气管14和供电线，充气管14的上端依次穿过副气囊、升力气囊（2）、与升力气囊（1）相连，充气管端部设有电磁阀12；充气管在升力气囊（2）中延伸出另外一段充气管，留在升力气囊（2）中，充气管14端部设有电磁阀12；整条充气管的下端连接锚泊设备8供气装置的出气口，通过控制每个电磁阀的开关可以分别向不同的气囊内充放气体。
34.所述系留气球升力气囊1、副气囊3均安装有应急放气装置11；副气囊3下方有风机13和电磁阀12，用于向副气囊充气。
35.所述锚泊设备8包括收放机构、供气装置、电源和控制器，控制器控制每个电磁阀的开关。
36.如图4所示，所述遮顶式系留气球系统考虑到锚泊设备8布置在赛场周围的话会影响观众观看赛事的体验，故在系留缆绳5与锚泊设备8之间设置了轨道轮7，系留缆绳5绕过轨道轮7改变一次方向，这样锚泊设备8便有很大的位置选择空间，可置于远离赛场的位置；同时轨道轮7还可通过钢轨15固定在空中，减少了系留缆绳对赛事的影响。
37.本发明还提供了所述系留气球系统的使用方法，比赛开始前将系留气球置于体育场的中心位置，首先对升力气囊1充气，随着升力气囊1逐渐充气，气球慢慢上升，上升过程中利用系留拉索4和缆绳5控制系留气球的位置，防止系留气球和体育场顶层边缘建筑接触，如图3所示，当系留气球升至完全脱离体育场顶部建筑并留有一定的安全距离之后，对升力气囊2和副气囊3同时充气，因为有四根充气管和多个风机，可以很快的将整个系留气球充满气；充气完成后整个系留气球展开，回卷系留缆绳将系留气球降低，保持气球与体育场顶部处在合适的距离，既能遮住顶部又不会影响体育场的通风，此时的状态为该系留气球工作时的状态，使用效果如图1所示，赛事结束后先将气球升高，升力气囊2和副气囊放气，如图3所示，回卷缆绳，慢慢将系留气球降低，降低过程中可对升力气囊1放气，待气球落回地面后对气球进行回收。
38.以上所述仅为本发明的较佳实施例，，对于本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。对于本领域的技术人员而言，在本发明的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。