CN110673228B - 一种仿蒲公英结构的下投式探空仪 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种仿蒲公英结构的下投式探空仪，在恶劣环境下，探空仪的上下旋翼不易损坏，即使损坏少量旋翼仍能保证正常使用，可适用于对台风这样恶劣天气的探测；在上下旋翼闭合状态下，探空仪被弹射至预定高度，自动打开上下旋翼，然后缓慢下落，采用双层旋翼结构，且上下旋翼的倾斜方向相反，在外界环境的作用下产生方向相反的气流，上下旋翼的旋转方向相反，可以增强空气阻力，获得更长的滞空时间；通过调整上下旋翼的倾斜角度，可以控制探空仪的下降速度，获得理想的滞空时间；利用微控制器调节模拟电阻，改变各上下旋翼旋转时受到的相对扭转力矩，改变上下旋翼的相对旋转速度，可以实现对探空仪下降速度的控制，获得理想的滞空时间。

Description

一种仿蒲公英结构的下投式探空仪
技术领域
本发明涉及临空信息系统中气象参数，特别是台风等极端条件气象参数测量技术领域，尤其涉及一种仿蒲公英结构的下投式探空仪。
背景技术
台风是一种破坏力很强的灾难性天气系统，世界上平均每年有60多次台风产生，每年登陆我国的台风为7.6个。台风是一个深厚的低气压系统，中心气压很低，低层有显著向中心辐合的气流，顶部气流向外扩散。台风结构复杂，由中心向外分为三个区域：台风眼区，云墙区和螺旋雨区。台风过境时会伴随强对流天气，危害巨大，因此，实时监控台风的各项参数，掌握台风等级、规模、发展情况以及运动路径，可以合理地评估台风，提前做好防范工作，尽量减少损失。
探空仪是指测量大气不同高度的物理参数，以其垂直分布规律的仪器。现有的下投式探空仪一般采用气囊结构，其内充有氦气，适合在相对平稳的天气下工作。由于台风内部环境恶劣，风速极强，且包含各种云水冰晶粒子，破坏力很大，因此，现有的下投式探空仪的气囊结构极易被损毁，会造成探空仪无法达到预定的滞空时间，不仅浪费人力物力，还会因无法及时获取台风动向而延误防灾的准备工作。
现有的下投式探空仪，气囊结构的薄膜为聚乙烯材质，一般通过增大聚乙烯薄膜的厚度来增强探空仪的可靠性，即便如此，也不适于台风探测。因此，如何提供一种在台风中不易被损毁的下投式探空仪具有非常重要的意义。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种仿蒲公英结构的下投式探空仪，用以提供一种在台风中不易被损毁的下投式探空仪。
因此，本发明提供了一种仿蒲公英结构的下投式探空仪，包括：支撑系统(1)、旋翼系统(2)、旋翼约束系统(3)、传感主控系统(4)以及电阻尼系统(5)；其中，
所述支撑系统(1)，包括：中空的上支杆(6)、中空的下支杆(7)、与所述上支杆(6)的顶部固定连接的上圆盘(8)、以及与所述下支杆(7)的顶部固定连接的下圆盘(9)；其中，部分所述上支杆(6)插入所述下支杆(7)内，所述上圆盘(8)和所述上支杆(6)靠上的部分露出所述下支杆(7)外；
所述旋翼系统(2)，包括：多个上旋翼(10)、多个下旋翼(11)、与各所述上旋翼(10)一一对应的多条上弹簧(12)、与各所述下旋翼(11)一一对应的多条下弹簧(13)、与各所述上旋翼(10)一一对应的多个上连接件(14)、以及与各所述下旋翼(11)一一对应的多个下连接件(15)；其中，各所述上旋翼(10)的倾斜方向与各所述下旋翼(11)的倾斜方向相反；各所述上弹簧(12)的一端与对应的上旋翼(10)固定连接，另一端与所述上支杆(6)固定连接；各所述下弹簧(13)的一端与对应的下旋翼(11)固定连接，另一端与所述下支杆(7)固定连接；每个所述上连接件(14)包括上倾角调节杆(16)、上角度限位筒(17)和上旋翼调节环(18)；其中，每个所述上连接件(14)中的上倾角调节杆(16)与对应的上旋翼(10)固定连接，每个所述上连接件(14)中的上角度限位筒(17)与上旋翼调节环(18)固定连接，所述上倾角调节杆(16)的表面具有沿所述上倾角调节杆(16)的延伸方向排列的多个上倾角调节弹子(19)，所述上角度限位筒(17)具有沿所述上角度限位筒(17)的周向排列的多组上角度限位孔(20)，每组上角度限位孔(20)与各所述上倾角调节弹子(19)一一对应，所述上倾角调节杆(16)插入所述上角度限位筒(17)内，各所述上倾角调节弹子(19)从一组上角度限位孔(20)内弹出实现对对应上旋翼(10)倾斜角度的锁定，各所述上倾角调节弹子(19)从不同组上角度限位孔(20)内弹出实现对对应上旋翼(10)倾斜角度的调节；所述上圆盘(8)靠近边缘的位置具有与各所述上旋翼调节环(18)一一对应的多个上连接孔(21)，各所述上旋翼调节环(18)通过对应的上连接孔(21)与所述上圆盘(8)转动连接，每个所述上旋翼调节环(18)具有一个上旋翼固定孔(22)，所述上圆盘(8)具有与各所述上旋翼固定孔(22)一一对应的多个上旋翼固定弹子(23)，各所述上旋翼固定弹子(23)从对应的上旋翼固定孔(22)弹出实现对对应上旋翼(10)打开状态的锁定；每个所述下连接件(15)包括下倾角调节杆(24)、下角度限位筒(25)和下旋翼调节环(26)；其中，每个所述下连接件(15)中的下倾角调节杆(24)与对应的下旋翼(11)固定连接，每个所述下连接件(15)中的下角度限位筒(25)与下旋翼调节环(26)固定连接，所述下倾角调节杆(24)的表面具有沿所述下倾角调节杆(24)的延伸方向排列的多个下倾角调节弹子(27)，所述下角度限位筒(25)具有沿所述下角度限位筒(25)的周向排列的多组下角度限位孔(28)，每组下角度限位孔(28)与各所述下倾角调节弹子(27)一一对应，所述下倾角调节杆(24)插入所述下角度限位筒(25)内，各所述下倾角调节弹子(27)从一组下角度限位孔(28)内弹出实现对对应下旋翼(11)倾斜角度的锁定，各所述下倾角调节弹子(27)从不同组下角度限位孔(28)内弹出实现对对应下旋翼(11)倾斜角度的调节；所述下圆盘(9)靠近边缘的位置具有与各所述下旋翼调节环(26)一一对应的多个下连接孔(29)，各所述下旋翼调节环(26)通过对应的下连接孔(29)与所述下圆盘(9)转动连接，每个所述下旋翼调节环(26)具有一个下旋翼固定孔(30)，所述下圆盘(9)具有与各所述下旋翼固定孔(30)一一对应的多个下旋翼固定弹子(31)，各所述下旋翼固定弹子(31)从对应的下旋翼固定孔(30)弹出实现对对应下旋翼(11)打开状态的锁定；
所述旋翼约束系统(3)，包括：约束圈(32)、约束杆(33)、将所述约束圈(32)与所述约束杆(33)的顶部固定连接的约束架(34)、与所述约束杆(33)的底部固定连接的直齿(35)、与所述直齿(35)齿合的齿轮(36)、与所述齿轮(36)固定连接的步进电机(37)、以及与所述步进电机(37)电性连接的约束控制器(38)；其中，部分所述约束杆(33)插入所述上支杆(6)内，所述约束圈(32)、所述约束架(34)和所述约束杆(33)靠上的部分露出所述上支杆(6)外，所述直齿(35)、所述齿轮(36)、所述步进电机(37)及所述约束控制器(38)位于所述上支杆(6)内部，且所述约束控制器(38)的外壁与所述上支杆(6)的内壁固定连接；所述约束控制器(38)用于在所述传感主控系统(4)的控制下控制所述步进电机(37)转动，带动所述齿轮(36)转动，通过所述齿轮(36)与所述直齿(35)的齿合传动带动所述约束圈(32)向远离或靠近所述旋翼系统(2)的方向移动，将各所述上旋翼(10)和各所述下旋翼(11)打开或者实现对各所述上旋翼(10)和各所述下旋翼(11)闭合状态的锁定；
所述传感主控系统(4)，与所述下支杆(7)的底部固定连接，包括：电性连接的传感器和微控制器；其中，所述传感器用于实时采集所述探空仪的位置信息，在确定所述探空仪到达预定高度后实时采集温度信息、湿度信息、风力信息和气压信息并发送给所述微控制器；所述微控制器用于在所述探空仪到达预定高度后向所述约束控制器(38)发送控制信号，通过所述约束控制器(38)控制所述步进电机(37)转动，带动所述齿轮(36)转动，通过所述齿轮(36)与所述直齿(35)的齿合传动带动所述约束圈(32)向远离所述旋翼系统(2)的方向移动，将各所述上旋翼(10)和各所述下旋翼(11)打开，并将接收的温度信息、湿度信息、风力信息和气压信息发送给地面；
所述电阻尼系统(5)，包括：位于所述下支杆(7)内的直流电机(39)、在所述直流电机(39)的线圈中接入的模拟电阻；其中，所述直流电机(39)的转轴与所述上支杆(6)的底部通过连接器(40)固定连接，所述直流电机(39)的外壁与所述下支杆(7)的内壁固定连接；所述模拟电阻的控制端与所述微控制器电性连接，所述微控制器用于通过控制所述模拟电阻的阻值大小，控制所述探空仪的下降速度。
在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述下投式探空仪中，各所述上旋翼(10)的倾斜角度相同。
在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述下投式探空仪中，各所述下旋翼(11)的倾斜角度相同。
在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述下投式探空仪中，所述约束架(34)与所述约束圈(32)共同围成一球冠结构。
在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述下投式探空仪中，所述传感主控系统(4)的外壳为子弹形状。
本发明提供的上述下投式探空仪，采用仿蒲公英结构，在台风这样的恶劣环境下，探空仪的上下旋翼不易损坏，即使损坏少量旋翼仍能保证探空仪的正常使用，因此，可适用于对台风这样恶劣天气的探测；在上下旋翼闭合状态下，将探空仪弹射至预定高度，在发射过程中上下旋翼闭合可以使探空仪的机身更容易保持直线飞行，探空仪到达预定高度后，可以自动打开上下旋翼，然后进行缓慢下落，采用上下双层旋翼结构，且上下旋翼的倾斜方向相反，上下旋翼在外界环境的作用下产生方向相反的气流，使得上下旋翼的旋转方向相反，从而可以增强空气阻力，使探空仪获得更长的滞空时间；并且，还可以通过调整上下旋翼的倾斜角度，控制探空仪的下降速度，使探空仪获得理想的滞空时间；此外，还可以利用微控制器调节模拟电阻的阻值大小，改变各上下旋翼旋转时受到的相对扭转力矩，改变上下旋翼的相对旋转速度，从而实现对探空仪下降速度的控制，使探空仪获得理想的滞空时间。
附图说明
图1为本发明提供的一种仿蒲公英结构的下投式探空仪在旋翼系统打开状态下的结构示意图；
图2为本发明提供的一种仿蒲公英结构的下投式探空仪中电阻尼系统的结构示意图；
图3为本发明提供的一种仿蒲公英结构的下投式探空仪在旋翼系统闭合状态下的结构示意图；
图4为本发明提供的一种仿蒲公英结构的下投式探空仪中上连接件拆开状态下的结构示意图；
图5为本发明提供的一种仿蒲公英结构的下投式探空仪中上连接件连接状态下的结构示意图；
图6为本发明提供的一种仿蒲公英结构的下投式探空仪中下连接件拆开状态下的结构示意图；
图7为本发明提供的一种仿蒲公英结构的下投式探空仪中下连接件连接状态下的结构示意图；
图8为本发明提供的一种仿蒲公英结构的下投式探空仪中约束系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是作为例示，并非用于限制本发明。
本发明提供的一种仿蒲公英结构的下投式探空仪，如图1和图2所示，包括：支撑系统1、旋翼系统2、旋翼约束系统3、传感主控系统4以及电阻尼系统5；其中，
支撑系统1，如图1和图3所示，包括：中空的上支杆6、中空的下支杆7、与上支杆6的顶部固定连接的上圆盘8、以及与下支杆7的顶部固定连接的下圆盘9；其中，部分上支杆6插入下支杆7内，上圆盘8和上支杆6靠上的部分露出下支杆7外；
旋翼系统2，如图1、图4-图7所示，包括：多个上旋翼10、多个下旋翼11、与各上旋翼10一一对应的多条上弹簧12、与各下旋翼11一一对应的多条下弹簧13、与各上旋翼10一一对应的多个上连接件14、以及与各下旋翼11一一对应的多个下连接件15；其中，如图1所示，各上旋翼10的倾斜方向与各下旋翼11的倾斜方向相反；各上弹簧12的一端与对应的上旋翼10固定连接，另一端与上支杆6固定连接；各下弹簧13的一端与对应的下旋翼11固定连接，另一端与下支杆7固定连接；如图4所示，每个上连接件14包括上倾角调节杆16、上角度限位筒17和上旋翼调节环18；其中，每个上连接件14中的上倾角调节杆16与对应的上旋翼10固定连接，每个上连接件14中的上角度限位筒17与上旋翼调节环18固定连接，上倾角调节杆16的表面具有沿上倾角调节杆16的延伸方向排列的多个上倾角调节弹子19，上角度限位筒17具有沿上角度限位筒17的周向排列的多组上角度限位孔20，每组上角度限位孔20与各上倾角调节弹子19一一对应，如图5所示，上倾角调节杆16插入上角度限位筒17内，各上倾角调节弹子19从一组上角度限位孔20内弹出实现对对应上旋翼10倾斜角度的锁定，各上倾角调节弹子19从不同组上角度限位孔20内弹出实现对对应上旋翼10倾斜角度的调节；上圆盘8靠近边缘的位置具有与各上旋翼调节环18一一对应的多个上连接孔21，各上旋翼调节环18通过对应的上连接孔21与上圆盘8转动连接，每个上旋翼调节环18具有一个上旋翼固定孔22，上圆盘8具有与各上旋翼固定孔22一一对应的多个上旋翼固定弹子23，各上旋翼固定弹子23从对应的上旋翼固定孔22弹出实现对对应上旋翼10打开状态的锁定；如图6所示，每个下连接件15包括下倾角调节杆24、下角度限位筒25和下旋翼调节环26；其中，每个下连接件15中的下倾角调节杆24与对应的下旋翼11固定连接，每个下连接件15中的下角度限位筒25与下旋翼调节环26固定连接，下倾角调节杆24的表面具有沿下倾角调节杆24的延伸方向排列的多个下倾角调节弹子27，下角度限位筒25具有沿下角度限位筒25的周向排列的多组下角度限位孔28，每组下角度限位孔28与各下倾角调节弹27一一对应，如图7所示，下倾角调节杆24插入下角度限位筒25内，各下倾角调节弹子27从一组下角度限位孔28内弹出实现对对应下旋翼11倾斜角度的锁定，各下倾角调节弹子27从不同组下角度限位孔28内弹出实现对对应下旋翼11倾斜角度的调节；下圆盘9靠近边缘的位置具有与各下旋翼调节环26一一对应的多个下连接孔29，各下旋翼调节环26通过对应的下连接孔29与下圆盘9转动连接，每个下旋翼调节环26具有一个下旋翼固定孔30，下圆盘9具有与各下旋翼固定孔30一一对应的多个下旋翼固定弹子31，各下旋翼固定弹子31从对应的下旋翼固定孔30弹出实现对对应下旋翼11打开状态的锁定；
旋翼约束系统3，如图8所示，包括：约束圈32、约束杆33、将约束圈32与约束杆33的顶部固定连接的约束架34、与约束杆33的底部固定连接的直齿35、与直齿35齿合的齿轮36、与齿轮36固定连接的步进电机37、以及与步进电机37电性连接的约束控制器38；其中，部分约束杆33插入上支杆6内，约束圈32、约束架34和约束杆33靠上的部分露出上支杆6外，直齿35、齿轮36、步进电机37及约束控制器38位于上支杆6内部，且约束控制器38的外壁与上支杆6的内壁固定连接；约束控制器38用于在传感主控系统4的控制下控制步进电机37转动，带动齿轮36转动，通过齿轮36与直齿35的齿合传动带动约束圈32向远离或靠近旋翼系统2的方向移动，将各上旋翼10和各下旋翼11打开或者实现对各上旋翼10和各下旋翼11闭合状态的锁定；如图3所示，约束圈32实现对各上旋翼10和各下旋翼11闭合状态的锁定；
如图1所示，传感主控系统4，与下支杆7的底部固定连接，包括：电性连接的传感器和微控制器；其中，传感器用于实时采集探空仪的位置信息，在确定探空仪到达预定高度后实时采集温度信息、湿度信息、风力信息和气压信息并发送给微控制器；微控制器用于在探空仪到达预定高度后向约束控制器38发送控制信号，通过约束控制器38控制步进电机37转动，带动齿轮36转动，通过齿轮36与直齿35的齿合传动带动约束圈32向远离旋翼系统2的方向移动，将各上旋翼10和各下旋翼11打开，并将接收的温度信息、湿度信息、风力信息和气压信息发送给地面；
电阻尼系统5，如图2所示，包括：位于下支杆7内的直流电机39、在直流电机39的线圈中接入的模拟电阻；其中，直流电机39的转轴与上支杆6的底部通过连接器40固定连接，直流电机39的外壁与下支杆7的内壁固定连接；模拟电阻的控制端与微控制器电性连接，微控制器用于通过控制模拟电阻的阻值大小，控制探空仪的下降速度。
下面对本发明提供的上述下投式探空仪的工作原理进行详细说明。人为将各上旋翼10和各下旋翼11闭合，即人为将各上旋翼10和各下旋翼11约束至与上支杆6和下支杆7平行的状态，此时各上弹簧12与各下弹簧13处于拉伸状态，微控制器控制步进电机37转动，带动齿轮36转动，通过齿轮36与直齿35的齿合传动带动约束圈32向靠近旋翼系统2的方向移动，实现对各上旋翼10和各下旋翼11闭合状态的锁定，如图3所示；在各上旋翼10和各下旋翼11闭合的状态下，将探空仪发射至预定高度，微控制器控制控制步进电机37转动，带动齿轮36转动，通过齿轮36与直齿35的齿合传动带动约束圈32向远离旋翼系统2的方向移动，各上旋翼10和各下旋翼11脱离约束圈32的束缚，并在对应的上弹簧12和对应的下弹簧13的拉力作用下打开，即各上旋翼10、各下旋翼11与上支杆6、下支杆7垂直的状态，并通过上旋翼固定弹子23与上旋翼固定孔22的配合、下旋翼固定弹子31与下旋翼固定孔30的配合，实现对各上旋翼10与各下旋翼11打开状态的锁定，如图1所示；在各上旋翼10与各下旋翼11打开的状态下，探空仪保持机身垂直下落，由于各上旋翼10和各下旋翼11的倾斜方向相反，因此，各上旋翼10和各下旋翼11在外界环境的作用下产生方向相反的气流，各上旋翼10和各下旋翼11旋转方向相反，从而可以增强空气阻力，使探空仪获得更长的滞空时间，并且，通过各上倾角调节弹子19与上角度限位孔20的配合、各下倾角调节弹子27与下角度限位孔28的配合，调整各上旋翼10与各下旋翼11的倾斜角度，可以控制探空仪的下降速度，使探空仪获得理想的滞空时间。此外，还可以利用微控制器调节模拟电阻的阻值大小，从而改变各上旋翼10与各下旋翼11旋转时受到的相对扭转力矩，改变各上旋翼10与各下旋翼11的相对旋转速度，进而实现对探空仪下降速度的控制，使探空仪获得理想的滞空时间。
本发明提供的上述下投式探空仪，采用仿蒲公英结构，在台风这样的恶劣环境下，探空仪的上下旋翼不易损坏，即使损坏少量旋翼仍能保证探空仪的正常使用，因此，可适用于对台风这样恶劣天气的探测；在上下旋翼闭合状态下，将探空仪弹射至预定高度，在发射过程中上下旋翼闭合可以使探空仪的机身更容易保持直线飞行，探空仪到达预定高度后，可以自动打开上下旋翼，然后进行缓慢下落，采用上下双层旋翼结构，且上下旋翼的倾斜方向相反，上下旋翼在外界环境的作用下产生方向相反的气流，使得上下旋翼的旋转方向相反，从而可以增强空气阻力，使探空仪获得更长的滞空时间；并且，还可以通过调整上下旋翼的倾斜角度，控制探空仪的下降速度，使探空仪获得理想的滞空时间；此外，还可以利用微控制器调节模拟电阻的阻值大小，改变各上下旋翼旋转时受到的相对扭转力矩，改变上下旋翼的相对旋转速度，从而实现对探空仪下降速度的控制，使探空仪获得理想的滞空时间。
较佳地，在本发明提供的上述下投式探空仪中，传感主控系统中的传感器可以采用MEMS工艺制作，这样，制得的传感器具体体积小、重量轻等优点，满足探空仪的结构设计，并且，能够实现对温度、湿度、风力以及气压四种物理参数的检测。具体地，传感器对于探空仪位置信息的实时获取可以通过GPS来实现。
较佳地，为了使探空仪的下降状态更加平稳，在本发明提供的上述下投式探空仪中，可以将各上旋翼的倾斜角度设为相同。
同理，为了使探空仪的下降状态更加平稳，在本发明提供的上述下投式探空仪中，可以将各下旋翼的倾斜角度设为相同。
在具体实施时，在本发明提供的上述下投式探空仪中，约束架的具体形状设计可以为：如图8所示，约束架34与约束圈32共同围成一球冠结构，约束架34的上述形状设计既便于实现约束圈32与约束杆33的固定连接，又不会妨碍约束圈32对上下旋翼进行约束。
较佳地，在本发明提供的上述下投式探空仪中，如图1所示，可以将传感主控系统4的外壳设为子弹形状，这样，在上下旋翼闭合状态下，探空仪整个机身近似流线型，在发射过程中可以减少探空仪的飞行阻力，降低探空仪的动能损耗，无需利用飞行器、气象火箭等运载装置，就能到达浮空器无法到达的预定高度。
本发明提供的上述下投式探空仪，采用仿蒲公英结构，在台风这样的恶劣环境下，探空仪的上下旋翼不易损坏，即使损坏少量旋翼仍能保证探空仪的正常使用，因此，可适用于对台风这样恶劣天气的探测；在上下旋翼闭合状态下，将探空仪弹射至预定高度，在发射过程中上下旋翼闭合可以使探空仪的机身更容易保持直线飞行，探空仪到达预定高度后，可以自动打开上下旋翼，然后进行缓慢下落，采用上下双层旋翼结构，且上下旋翼的倾斜方向相反，上下旋翼在外界环境的作用下产生方向相反的气流，使得上下旋翼的旋转方向相反，从而可以增强空气阻力，使探空仪获得更长的滞空时间；并且，还可以通过调整上下旋翼的倾斜角度，控制探空仪的下降速度，使探空仪获得理想的滞空时间；此外，还可以利用微控制器调节模拟电阻的阻值大小，改变各上下旋翼旋转时受到的相对扭转力矩，改变上下旋翼的相对旋转速度，从而实现对探空仪下降速度的控制，使探空仪获得理想的滞空时间。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种仿蒲公英结构的下投式探空仪，其特征在于，包括：支撑系统(1)、旋翼系统(2)、旋翼约束系统(3)、传感主控系统(4)以及电阻尼系统(5)；其中，
所述支撑系统(1)，包括：中空的上支杆(6)、中空的下支杆(7)、与所述上支杆(6)的顶部固定连接的上圆盘(8)、以及与所述下支杆(7)的顶部固定连接的下圆盘(9)；其中，部分所述上支杆(6)插入所述下支杆(7)内，所述上圆盘(8)和所述上支杆(6)靠上的部分露出所述下支杆(7)外；
所述旋翼系统(2)，包括：多个上旋翼(10)、多个下旋翼(11)、与各所述上旋翼(10)一一对应的多条上弹簧(12)、与各所述下旋翼(11)一一对应的多条下弹簧(13)、与各所述上旋翼(10)一一对应的多个上连接件(14)、以及与各所述下旋翼(11)一一对应的多个下连接件(15)；其中，各所述上旋翼(10)的倾斜方向与各所述下旋翼(11)的倾斜方向相反；各所述上弹簧(12)的一端与对应的上旋翼(10)固定连接，另一端与所述上支杆(6)固定连接；各所述下弹簧(13)的一端与对应的下旋翼(11)固定连接，另一端与所述下支杆(7)固定连接；每个所述上连接件(14)包括上倾角调节杆(16)、上角度限位筒(17)和上旋翼调节环(18)；其中，每个所述上连接件(14)中的上倾角调节杆(16)与对应的上旋翼(10)固定连接，每个所述上连接件(14)中的上角度限位筒(17)与上旋翼调节环(18)固定连接，所述上倾角调节杆(16)的表面具有沿所述上倾角调节杆(16)的延伸方向排列的多个上倾角调节弹子(19)，所述上角度限位筒(17)具有沿所述上角度限位筒(17)的周向排列的多组上角度限位孔(20)，每组上角度限位孔(20)中的各所述上角度限位孔(20)与各所述上倾角调节弹子(19)一一对应，所述上倾角调节杆(16)插入所述上角度限位筒(17)内，各所述上倾角调节弹子(19)从一组上角度限位孔(20)内弹出实现对对应上旋翼(10)倾斜角度的锁定，各所述上倾角调节弹子(19)从不同组上角度限位孔(20)内弹出实现对对应上旋翼(10)倾斜角度的调节；所述上圆盘(8)靠近边缘的位置具有与各所述上旋翼调节环(18)一一对应的多个上连接孔(21)，各所述上旋翼调节环(18)通过对应的上连接孔(21)与所述上圆盘(8)转动连接，每个所述上旋翼调节环(18)具有一个上旋翼固定孔(22)，所述上圆盘(8)具有与各所述上旋翼固定孔(22)一一对应的多个上旋翼固定弹子(23)，各所述上旋翼固定弹子(23)从对应的上旋翼固定孔(22)弹出实现对对应上旋翼(10)打开状态的锁定；每个所述下连接件(15)包括下倾角调节杆(24)、下角度限位筒(25)和下旋翼调节环(26)；其中，每个所述下连接件(15)中的下倾角调节杆(24)与对应的下旋翼(11)固定连接，每个所述下连接件(15)中的下角度限位筒(25)与下旋翼调节环(26)固定连接，所述下倾角调节杆(24)的表面具有沿所述下倾角调节杆(24)的延伸方向排列的多个下倾角调节弹子(27)，所述下角度限位筒(25)具有沿所述下角度限位筒(25)的周向排列的多组下角度限位孔(28)，每组下角度限位孔(28)中的各所述下角度限位孔(28)与各所述下倾角调节弹子(27)一一对应，所述下倾角调节杆(24)插入所述下角度限位筒(25)内，各所述下倾角调节弹子(27)从一组下角度限位孔(28)内弹出实现对对应下旋翼(11)倾斜角度的锁定，各所述下倾角调节弹子(27)从不同组下角度限位孔(28)内弹出实现对对应下旋翼(11)倾斜角度的调节；所述下圆盘(9)靠近边缘的位置具有与各所述下旋翼调节环(26)一一对应的多个下连接孔(29)，各所述下旋翼调节环(26)通过对应的下连接孔(29)与所述下圆盘(9)转动连接，每个所述下旋翼调节环(26)具有一个下旋翼固定孔(30)，所述下圆盘(9)具有与各所述下旋翼固定孔(30)一一对应的多个下旋翼固定弹子(31)，各所述下旋翼固定弹子(31)从对应的下旋翼固定孔(30)弹出实现对对应下旋翼(11)打开状态的锁定；
所述旋翼约束系统(3)，包括：约束圈(32)、约束杆(33)、将所述约束圈(32)与所述约束杆(33)的顶部固定连接的约束架(34)、与所述约束杆(33)的底部固定连接的直齿(35)、与所述直齿(35)齿合的齿轮(36)、与所述齿轮(36)固定连接的步进电机(37)、以及与所述步进电机(37)电性连接的约束控制器(38)；其中，部分所述约束杆(33)插入所述上支杆(6)内，所述约束圈(32)、所述约束架(34)和所述约束杆(33)靠上的部分露出所述上支杆(6)外，所述直齿(35)、所述齿轮(36)、所述步进电机(37)及所述约束控制器(38)位于所述上支杆(6)内部，且所述约束控制器(38)的外壁与所述上支杆(6)的内壁固定连接；所述约束控制器(38)用于在所述传感主控系统(4)的控制下控制所述步进电机(37)转动，带动所述齿轮(36)转动，通过所述齿轮(36)与所述直齿(35)的齿合传动带动所述约束圈(32)向远离或靠近所述旋翼系统(2)的方向移动，将各所述上旋翼(10)和各所述下旋翼(11)打开或者实现对各所述上旋翼(10)和各所述下旋翼(11)闭合状态的锁定；
所述传感主控系统(4)，与所述下支杆(7)的底部固定连接，包括：电性连接的传感器和微控制器；其中，所述传感器用于实时采集所述探空仪的位置信息，在确定所述探空仪到达预定高度后实时采集温度信息、湿度信息、风力信息和气压信息并发送给所述微控制器；所述微控制器用于在所述探空仪到达预定高度后向所述约束控制器(38)发送控制信号，通过所述约束控制器(38)控制所述步进电机(37)转动，带动所述齿轮(36)转动，通过所述齿轮(36)与所述直齿(35)的齿合传动带动所述约束圈(32)向远离所述旋翼系统(2)的方向移动，将各所述上旋翼(10)和各所述下旋翼(11)打开，并将接收的温度信息、湿度信息、风力信息和气压信息发送给地面；
所述电阻尼系统(5)，包括：位于所述下支杆(7)内的直流电机(39)、在所述直流电机(39)的线圈中接入的模拟电阻；其中，所述直流电机(39)的转轴与所述上支杆(6)的底部通过连接器(40)固定连接，所述直流电机(39)的外壁与所述下支杆(7)的内壁固定连接；所述模拟电阻的控制端与所述微控制器电性连接，所述微控制器用于通过控制所述模拟电阻的阻值大小，控制所述探空仪的下降速度。
2.如权利要求1所述的下投式探空仪，其特征在于，各所述上旋翼(10)的倾斜角度相同。
3.如权利要求1所述的下投式探空仪，其特征在于，各所述下旋翼(11)的倾斜角度相同。
4.如权利要求1所述的下投式探空仪，其特征在于，所述约束架(34)与所述约束圈(32)共同围成一球冠结构。
5.如权利要求1-4任一项所述的下投式探空仪，其特征在于，所述传感主控系统(4)的外壳为子弹形状。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110673228B (zh) * 2019-08-30 2020-09-01 北京航空航天大学 一种仿蒲公英结构的下投式探空仪
CN112379466B (zh) * 2020-10-12 2021-06-22 南京信息工程大学 一种自定位可回收探空仪
CN114148547B (zh) * 2021-12-06 2023-08-22 浙江大学 一种仿蒲公英火星飞行器及其装置和控制方法
CN114675055B (zh) * 2022-03-29 2023-05-05 北京航空航天大学 一种基于惯性系统的探空仪风速测量误差补偿方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109263978A (zh) * 2018-11-12 2019-01-25 浙江大学 半主动式仿蒲公英微小型飞行器及其控制方法

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5186418A (en) * 1991-07-31 1993-02-16 University Corporation For Atmospheric Research Self guided recoverable airborne instrument module
JP2006091953A (ja) * 2004-09-21 2006-04-06 Kengo Arai 情報提示システム
CN101369028A (zh) * 2008-07-18 2009-02-18 王爱喜 一种具有滑翔功能的探空仪系统
CN102183962B (zh) * 2011-03-11 2013-09-11 中国气象局气象探测中心 无人机下投探空仪及其释放控制方法
CN102253429B (zh) * 2011-04-28 2013-07-17 南京大桥机器有限公司 全自动探空装备
US20140142788A1 (en) * 2012-11-16 2014-05-22 United States Air Force System and method for providing accuracy in airdrop missions
US20140224009A1 (en) * 2013-02-13 2014-08-14 Hdt Expeditionary Systems High velocity wind sonde
CN103558653A (zh) * 2013-11-23 2014-02-05 李炳燃 基于多旋翼平台的气象检测飞机
CN203975218U (zh) * 2014-05-06 2014-12-03 天津全华时代航天科技发展有限公司 一点双轴多浆飞行器结构
CN104375207A (zh) * 2014-11-14 2015-02-25 无锡信大气象传感网科技有限公司 一种高灵敏度的自平衡气压探空气球
US9753183B2 (en) * 2015-03-03 2017-09-05 University Corporation For Atmospheric Research Aircraft expendable instrument launch detector system
CN104986334B (zh) * 2015-06-09 2017-01-18 北京航空航天大学 一种多尺度航空气象平台
CN105000183B (zh) * 2015-06-29 2017-01-18 中国气象局气象探测中心 自航式下投探空系统
US9804293B1 (en) * 2016-04-13 2017-10-31 Northrop Grumman Systems Corporation UAVs for the detection and tracking of intense tornadoes
CN105954819B (zh) * 2016-05-24 2018-05-11 南京信息工程大学 基于无人机倾角检测的风速测量装置及操作方法
CN106772694A (zh) * 2016-12-16 2017-05-31 中国科学院合肥物质科学研究院 一种湍流强度垂直分布测量及湍流廓线雷达标定方法
CN106516095B (zh) * 2016-12-21 2018-09-28 南京信息工程大学 一种测风向风速专用无人机
CN207096479U (zh) * 2017-07-19 2018-03-13 广州市气象信息网络中心(广州市突发事件预警信息发布中心) 多气象要素观测无人机
CN107902068A (zh) * 2017-11-13 2018-04-13 中国人民解放军国防科技大学 一种高空气球撕裂系统及其撕裂高空气球的方法
CN207502750U (zh) * 2017-12-01 2018-06-15 浙江海洋大学 一种基于无人机平台的气象参数获取装置
CN108216551A (zh) * 2018-01-10 2018-06-29 孟波 一种空气漂浮装置
CN207895088U (zh) * 2018-02-01 2018-09-21 徐浩然 一种便携地面气象观测站
CN208140962U (zh) * 2018-04-04 2018-11-23 南京维罡电子设备有限公司 一种探空仪外壳快速成型装置
CN208110079U (zh) * 2018-04-20 2018-11-16 中国气象局气象探测中心 一种高空气象探测装置
CN208915443U (zh) * 2018-09-30 2019-05-31 杭州市气象局 能监测大气成分的气象探测无人机
CN109507757B (zh) * 2018-10-09 2020-11-24 北京航空航天大学 一种基于临空飞艇的新型台风追踪探测方法与系统
CN209241320U (zh) * 2018-11-12 2019-08-13 浙江大学 一种半主动式仿蒲公英微小型飞行器
CN109263977A (zh) * 2018-11-12 2019-01-25 浙江大学 一种伞翼式仿蒲公英集群飞行器及其控制方法
CN209305829U (zh) * 2018-11-12 2019-08-27 浙江大学 一种伞翼式仿蒲公英集群飞行器
CN109292093B (zh) * 2018-11-16 2024-05-17 中国气象局气象探测中心 一种转筒式下投探空仪弹射装置及探空仪投放方法
CN110133754B (zh) * 2019-06-26 2023-11-03 中国科学院大气物理研究所 基于高空气球飞行平台的全天候下投气象探空设备
CN110673228B (zh) * 2019-08-30 2020-09-01 北京航空航天大学 一种仿蒲公英结构的下投式探空仪

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109263978A (zh) * 2018-11-12 2019-01-25 浙江大学 半主动式仿蒲公英微小型飞行器及其控制方法

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