CN103879540A - 一种中心辐射拉网式高空超压浮力囊体装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种中心辐射拉网式高空超压浮力囊体装置。该装置主要由顶部拉网、承力加强筋、底部挂装结构、加强筋承力拉袢、定位拉袢、顶部约束环6部分组成。所述顶部网状结构用于承受囊体浮力并将其分散到加强筋，加强筋将浮力沿经向向下传递至结构分系统，底部挂装结构用于囊体与结构分系统间力的传递。所述囊体与加强筋拉网为相互独立的部件，通过顶部约束钢环、尼龙搭扣约束拉袢以及加强筋承力拉袢装配定位。本发明通过采用这种新型的中心辐射式拉网设计，实现了囊体浮力的均匀分散，有效避免了应力集中造成的囊体蒙皮局部损坏，增长了囊体在高空服役条件下的寿命。本发明的装置具有高承重力，高环境耐受力，长寿命等显著优势。
Description
技术领域
本发明涉及一种浮空器，具体涉及一种中心辐射拉网式高空超压浮力囊体装置。
背景技术
高空浮空器在民用上可以代替同步卫星进行通信、电视转播、监视、科学实验等，军用上可以作为具有军用通信、远程侦查、情报、导航、预警等功能的通用平台，无论从军用还是民用上来看，浮空器都拥有极高的经济价值和战略价值，浮空器的服役寿命也受到了各界的广泛关注，而影响浮空器寿命的关键原因除了蒙皮材料本身性能之外还有用于分散浮空器囊体浮力的结构设计方式。目前分散浮空器囊体浮力的结构设计方式主要有两种：一种是在囊体底部进行捆扎然后进行装备吊装，底部的蒙皮材料承担整个浮力囊体的浮力的集束式方案；还有一种是在囊体中部设置多点拉袢结合加强筋承担浮力的多点拉袢式方案。采用这两种设计方案对囊体自身蒙皮材料的要求会很高，在高空囊体高压差、囊体反复冲放气及长时间高空服役工作后容易导致蒙皮材料承力点处的破坏，这是因为这两种设计方案都是直接将分散浮力的受力点加注到囊体蒙皮材料上，使得囊体承力点在承受浮力的同时还要承受进入高空后内部气体膨胀产生的巨大气压，易造成囊体蒙皮应力集中点的破损，缩短浮空器高空服役寿命。为此有必要研制一种新的能够避免应力集中的的分散浮空器囊体浮力的结构设计方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种有效避免囊体蒙皮材料应力集中的分散浮空器囊体浮力的中心辐射拉网式高空超压浮力囊体装置，该装置采用中心辐射拉网式的结构形式，解决了浮空器囊体蒙皮材料在内外高压差、囊体反复冲放气及长时间高空服役工作后在分散浮力时的存在的应力集中问题，同时降低了对蒙皮材料的力学性能要求，节省了浮空器的制造成本，提高了其使用寿命。
本发明的一种中心辐射拉网式高空超压浮力囊体装置，包括依次连接的顶部拉网结构、承力加强筋和底部挂装结构，承力加强筋通过定位拉袢以中心辐射拉网式装配定位在囊体本体的外部，承力加强筋与囊体本体为相互独立的部件。
优选地，所述定位拉袢包括尼龙搭扣约束拉袢和加强筋承力拉袢，尼龙搭扣约束拉袢和加强筋承力拉袢都连接在囊体本体上并具有用于装配定位承力加强筋的加强筋通道，尼龙搭扣约束拉袢的加强筋通道为尼龙搭扣结构。
优选地，顶部拉网结构由环向、纵向和斜向承力带组成，所述承力带由阻隔膜包裹的芳纶制成。
优选地，承力加强筋轴对称分布。
优选地，底部挂装结构由集中约束绳、捆扎绳以及加强胶带组成。
更优选地，加强筋承力拉袢通过承力带连接内部设置有内部承力圆环的囊体本体并通过内部密封圆环和外部密封圆环密封而成，承力带和囊体本体间构成加强筋通道。
更优选地，定位约束拉袢由弹性拉带、搭扣、内部承力圆环、内部密封圆环、外部密封圆环组成，弹性拉带、囊体本体和内部承力圆环缝纫连接，弹性拉带、搭扣和囊体本体形成加强筋通道。
更优选地，所述装置还包括加强筋约束环，用于将加强筋顶端集中后与囊体连接装配。
优选地，承力加强筋为芳纶带。
优选地，尼龙搭扣约束拉袢和加强筋承力拉袢都分多圈相间设置在囊体本体的上半球。
有益效果如下：
1.本发明提供的所述装置采用了中心辐射拉网式的设计方案，囊体与加强筋拉网为相互独立的部件，通过顶部约束钢环、尼龙搭扣约束拉袢以及加强筋承力拉袢装配定位有效地避免了蒙皮材料本身的应力集中，采用加强筋来承担囊体浮力，囊体材料本身承担内外压差，减少了囊体蒙皮材料本身的负荷。拉网材料为高强度芳纶，并使用镀铝薄膜包裹其外表面，提高了高空环境耐候性，增强了浮空器整体的环境耐受力，增长了囊体使用寿命。
2.所述方案将底部挂装结构用于囊体与结构分系统间力的传递，定位拉袢分为加强筋承力拉袢和尼龙搭扣定位拉袢，用于加强筋和囊体本体之间的装配定位，承力拉袢强度较高，用于承受加强筋施加的侧向力；尼龙搭扣定位拉袢用于加强筋的预定位，当其受侧向力过大时将自动脱开以保护囊体。
3.所述方案将加强筋在顶端集中采用加强筋约束环与囊体连接装配，约束环承受加强筋传递的径向载荷。约束环承受的集中力较大，材料选用高强度碳钢以保证强度满足需求且约束环侧边倒圆角以防止磨损加强筋。
附图说明
图1是中心辐射拉网式设计的主视图；
图2是加强筋拉网示意图；
图3是顶部拉网示意图；
图4-1和图4-2分别是底部挂装结构整体示意图和局部剖视图；
图5是定位拉袢安装位置示意图；
图6是加强筋承力拉袢示意图；
图7是搭扣定位拉袢示意图；
图8-1和图8-2是加强筋约束环俯视图和A-A方向剖解后的侧视图。
其中，1-顶部拉网、2-承力加强筋、3-底部挂装结构、4-加强筋承力拉袢、5-搭扣定位拉袢、6-加强筋约束环；
具体实施方式
本发明的中心辐射拉网式高空超压浮力囊体装置的一种具体实施方式主要包括浮力囊体顶部拉网、承力加强筋、底部挂装结构，加强筋承力拉袢，定位拉袢，加强筋约束环；
其中，浮力囊体顶部拉网材料采用镀铝薄膜包裹的高强度芳纶，由环向、纵向、斜向承力带组成，环向承力带以囊体顶部中心为圆心，按不同直径布置三圈，为双层芳纶带，且纵向承力带与环向承力带正交均布；纵向承力带和斜向承力带均采用宽单层芳纶带；
承力加强筋轴对称分布，设计囊体超压后加强筋底部呈一定角度，采用中心辐射式；加强筋材料选用宽单层芳纶带，加强筋底部末端进行局部双层加强；在加强筋处设计安装长宽单层芳纶带的约束挂装带。
底部挂装结构由集中约束绳、捆扎绳以及加强胶带组成。集中约束绳用于将按序号分组后的加强筋集中约束；捆扎绳用于将集中约束绳索捆扎，集中约束绳端头套环作为挂装环；加强胶带用于捆扎绳索的固定和防松。按照部件承力大小，集中约束绳和捆扎绳优选高强度PE绳，加强胶带为透明胶带。
定位拉袢分为加强筋承力拉袢和尼龙搭扣定位拉袢，用于加强筋和囊体本体之间的装配定位。尼龙搭扣定位拉袢位于囊体上半球，按不同间隔布置。加强筋承力拉袢由承力带、内部承力圆环、内部密封圆环、外部密封圆环组成。定位拉袢由弹性拉带、搭扣、内部承力圆环、内部密封圆环、外部密封圆环组成。
加强筋约束环用于将加强筋顶端集中后与囊体连接装配，约束环承受加强筋传递的径向载荷，承受的集中力较大，约束环侧边倒圆角。
下面结合附图，对本发明的实施例作进一步详细说明。
实施例
图1为本发明所述的中心辐射拉网式高空超压浮力囊体设计方案，所述设计包括顶部拉网1、承力加强筋2、底部挂装装置3、加强筋衬里拉袢4、搭扣定位拉袢5、加强筋约束环6，其中所述加强筋约束环为标准圆形环,加强筋约束环是属于顶部拉网结构的一部分，内部系统还包括浮力囊体和吊装设备；
其中，顶部拉网由环向、纵向、斜向承力带组成，用于承受并分散囊体浮力，见图3。环向承力带即为加强筋约束环6，以囊体顶部中心为圆心，按不同直径布置三圈，用于承受环向张力；纵向承力带即为承力加强筋2，与环向承力带正交均布，用于承受浮力及纵向张力；斜向承力带101用于节点之间力的传递以改善顶部拉网受力情况，图中标记的斜向承力带101的位置，两根斜承力带互相独立，无缝纫。加强筋约束环6在上，承力加强筋2及斜向承力带101在下，采用缝纫工艺加工。
承力加强筋轴对称分布，见图2。设计囊体超压后加强筋底部呈一定角度。加强筋材料选用宽单层芳纶带，为保证挂装可靠性，加强筋底部末端进行局部双层加强，加强长度为2m。为满足囊体安全性需求，在加强筋16m处设计安装约束挂装带，用于系统地面集成装配阶段的囊体约束；约束挂装带为宽单层芳纶带。
底部挂装结构用于囊体与结构分系统间力的传递，结构示意见图4-1和图4-2。底部挂装结构由集中约束绳303、捆扎绳301以及加强胶带组成。集中约束绳303用于将按序号分组后的加强筋集中约束；捆扎绳301用于将集中约束绳303捆扎，集中约束绳303端头套环作为挂装环302；加强胶带用于捆扎绳301的固定和放松。按照部件承力大小，集中约束绳选用高强度PE绳，捆扎绳选用高强度PE绳，加强胶带为5cm宽透明胶带。
定位拉瓣分为加强筋承力拉瓣和尼龙搭扣定位拉瓣，用于加强筋和囊体本体之间的装配定位。承力拉瓣强度较高，用于承受加强筋施加的侧向力；尼龙搭扣定位拉瓣用于加强筋的预定位，当其受侧向力过大时将自动脱开以保护囊体。如图5所示，定位拉绊和承力拉绊经向分布，有3个承力拉绊，0°承力拉绊401、45°承力拉绊402、75°承力拉绊403，分别径向分布在0°、45°、75°方向，其余9个为定位拉绊5。
加强筋承力拉瓣由承力带4001、内部承力圆环4002、内部密封圆环4003、外部承力圆环4004组成，形成了用于穿过加强筋的加强筋承力通道4005，见图6。承力带4001用于定位加强筋并承受侧向载荷；加强筋和囊体7没有直接接触，承力带4001和囊体7通过焊接或缝纫连接；内部承力圆环4002、外部承力圆环4004用于将承力带4001与囊体7缝纫接合，同时将加强筋所承受的载荷均匀分散到周围蒙皮；内部密封圆环4003用于拉瓣安装完成后的密封，保证整个囊体的气密性。图中表示了缝纫和冷粘的部位。
定位拉瓣由弹性拉带5001、搭扣5002、内部承力圆环5003、内部密封圆环5004、外部密封圆环5005组成，见图7。弹性拉带5001端头安装有搭扣5002，用于定位加强筋；内部承力圆环5003用于将弹力拉带5001与囊体7通过缝纫接合，同时将弹力拉带5001所承受的载荷均匀分散到周围蒙皮；内部密封圆环5004、外部密封圆环5005用于拉瓣安装完成后的密封，保证整个囊体的气密性。图中表示了缝纫和冷粘的部位。
加强筋约束环用于将加强筋顶端集中后与囊体连接装配，约束环承受加强筋传递的径向载荷，见图8-1和图8-2。其承受的集中力较大，材料选用高强度碳钢以保证强度满足需求。约束环侧边倒圆角以防止磨损加强筋。
Claims (10)
1.一种中心辐射拉网式高空超压浮力囊体装置，其特征在于：包括依次连接的顶部拉网结构（1）、承力加强筋（2）和底部挂装结构（3），承力加强筋（2）通过定位拉袢以中心辐射拉网式装配定位在囊体本体的外部，承力加强筋（2）与囊体本体为相互独立的部件。
2.根据权利要求1所述的一种中心辐射拉网式高空超压浮力囊体装置，其特征在于：所述定位拉袢包括尼龙搭扣约束拉袢（5）和加强筋承力拉袢（4），尼龙搭扣约束拉袢（5）和加强筋承力拉袢（4）都连接在囊体本体上并具有用于装配定位承力加强筋（2）的加强筋通道，尼龙搭扣约束拉袢（5）的加强筋通道为尼龙搭扣结构。
3.根据权利要求1所述的一种中心辐射拉网式高空超压浮力囊体装置，其特征在于：顶部拉网结构（1）由环向、纵向和斜向承力带组成，所述承力带由阻隔膜包裹的芳纶制成。
4.根据权利要求1所述的一种中心辐射拉网式高空超压浮力囊体装置，其特征在于承力加强筋（2）轴对称分布。
5.根据权利要求1所述的一种中心辐射拉网式高空超压浮力囊体装置，其特征在于底部挂装结构（3）由集中约束绳、捆扎绳以及加强胶带组成。
6.根据权利要求2所述的一种新型的分散浮空器囊体浮力的设计方案，加强筋承力拉袢（4）通过承力带连接内部设置有内部承力圆环的囊体本体并通过内部密封圆环和外部密封圆环密封而成，承力带和囊体本体间构成加强筋通道。
7.根据权利要求2所述的一种中心辐射拉网式高空超压浮力囊体装置，定位约束拉袢（5）由弹性拉带、搭扣、内部承力圆环、内部密封圆环、外部密封圆环组成，弹性拉带、囊体本体和内部承力圆环缝纫连接，弹性拉带、搭扣和囊体本体形成加强筋通道。
8.根据权利要求1所述的一种中心辐射拉网式高空超压浮力囊体装置，其特征在于还包括加强筋约束环（6），用于将加强筋顶端集中后与囊体连接装配。
9.根据权利要求1所述的一种中心辐射拉网式高空超压浮力囊体装置，其特征在于承力加强筋为芳纶带。
10.根据权利要求1所述的一种中心辐射拉网式高空超压浮力囊体装置，其特征在于尼龙搭扣约束拉袢（5）和加强筋承力拉袢（4）都分多圈相间设置在囊体本体的上半球。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20221028 Address after: Room 1101, 11th floor, College International Building, No. 1, Zhichun Road, Haidian District, Beijing 100083 Patentee after: Iridium gasman Aviation Technology Group Co.,Ltd. Address before: 523000 Room 201, building 6, No.4 Xingye Road, Songshanhu Park, Dongguan City, Guangdong Province Patentee before: Dongguan Lingkong Remote Sensing Technology Co.,Ltd. |
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