CN104407402B - 一种自平衡探空气球及其充气方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自平衡探空气球及其充气方法，包括气囊、基座、限压机构、泄压组件和导向组件，限压机构通过基座安装在气囊上；限压机构包括泄压外壳和泄压活塞，泄压外壳的封闭端与气囊内部空间连通；泄压外壳的开口端上设置有环形凸起，泄压活塞通过舒张弹簧与环形凸起连接；在泄压外壳轴中部壁面上设置有若干通孔B，在排压空腔上设置有若干排压孔；泄压活塞与连接爪转动连接，在排压空腔的底部设置有一个排气嘴，排气嘴包括排气活塞杆，排气活塞杆通过万向轴与固定座活动连接；所述导向组件包括锥形的导向头和稳定环，所述连接爪与稳定环转动连接，所述导向头固定在稳定环上，所述导向头背向气囊的一侧设置有若干与连接爪数量对应的导向风板。

Description

一种自平衡探空气球及其充气方法

技术领域

本发明涉及一种自平衡探空气球及其充气方法，属于气象设备领域。

背景技术

高空气象探测是通过探空气球携带的探空仪进行高空气象数据采集，探空气球通过采用氢气或者氦气作为填充气体；

中国除香港一个气象台站外(进口芬兰vaisala公司AUTOSONDE系统)，所有的高空气象探测侧台站，探空气球的充气，均为手工操作。世界上也只有欧美等少数几个发达国家配备了无人高空气象探测站。到目前为止，能研制出大气探测自动充、放气球装置的国家只有芬兰。要实现无人高空气象探测，首先要解决的不仅是探空气球自动充气，同时还有探空气球的自动恒压排气；

探空气球是人类研究平流层的重要工具，在气象学发展和天气预报工作中起到了重要作用；探空气球一般携带各类无线电探空仪或其他电子设备升空，在做到探空气球自动充气的同时，也要做到探空气球的自动排气限高和限速；

因为在大气环境中，特别是高空，其气压大小和气流是及其不稳定的，探空气球内的气体压力也比较高，加上探空气球本身充气后，气囊壁面会比较薄，如果气球在一直上升过程中，不对气球内气压进行调整的话，很容易因为气压变化过大而发生破裂，导致探空仪等贵重电子设备的损坏，甚至会发生无法回收的情况，同时探空气球在释放到空中后，如果通过调整气压对探空气球的浮力进行调整，会发生探空气球一直上升的情况，如果不加以控制，很难保证气球位于最佳的观测高度，同时如果气球一直上升，最后不仅会导致探空气球的破裂，同时因为高空气流速度较快，也很容易发生探空气球的丢失；

为了防止上述情况的发生，一般会在探空气球内安装一个与电子高度计联动的泄压阀，对气球的压力进行控制；

ZL201220732719.0中提到了一种可回收的探空气球，其回收防止主要是通过细绳控制其活动范围，虽然通过细绳可以良好的限制探空气球的高度，但也极大的限制了探空气球的活动空间，而且细绳本身比较容易发生断裂或者缠绕，很容易发生探空气球以及相关电子设备的丢失；

ZL200920044465.1中提出了一套探空气球自动回收、自动充气、自动放空的装置，虽然其相比于先前专利文献中的探空气球取消了细绳这个部件，放大了探空气球的活动空间，同时通过一些气球的气压和导向驱动设备和传感器的配合提高了对探空气球的控制能力，但是电子设备本身质量比较大，会给探空气球的负载能力带来一定的考验，同时高空的气温比较低，很难保证这些传感器能否正常工作，一旦传感器发生失灵，还是会导致探空气球的失控、丢失或丢失，给观测站带来一定的维护负担。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中缺少结构简单的探空气球气压控制机构的技术问题，提供一种采用简单机械结构控制探空气球气压值的新型探空气球。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种自平衡探空气球，包括气囊、基座、限压机构、泄压组件和导向组件，所述限压机构通过基座安装在气囊上；

所述基座包括气囊安装座和排压空腔，所述气囊固定在气囊安装座的上端；

所述限压机构包括若干相对气囊轴线环形阵列设置的泄压组件，所述泄压组件包括泄压外壳和泄压活塞，所述泄压外壳一端开口一端封闭，所述泄压外壳的封闭端固定在气囊安装座的下端，所述泄压外壳的封闭端上设置有用于与气囊内部空间连通的通孔A；

所述泄压外壳的开口端上设置有环形凸起，所述泄压活塞边缘与泄压外壳内壁密闭连接，所述泄压活塞通过舒张弹簧与环形凸起连接；

在所述泄压外壳轴线方向的中部壁面上设置有若干通孔B，所述泄压外壳内部通过通孔B与排压空腔连通，在所述排压空腔上设置有若干排压孔；

所述泄压组件包括泄压阀和连接架，所述泄压活塞背向泄压外壳的封闭端一侧面上垂直设置有拨杆，所述连接架包括若干与泄压组件数量对应的连接爪，所述拨杆与连接爪转动连接，所述连接爪通过一个固定座固定在一起；

在所述排压空腔的底部设置有一个排气嘴，所述排气嘴包括排气活塞组件，所述排气活塞组件包括排气活塞外壳和排气活塞杆，所述排气活塞外壳的封闭端与排压空腔连通，在所述排气活塞外壳的侧壁相对轴向中部位置环形阵列设置有若干排气孔，所述排气活塞杆与排气活塞外壳的封闭端之间设置有收缩弹簧，所述排气活塞杆通过万向轴与固定座活动连接；

所述导向组件包括锥形的导向头和稳定环，所述稳定环内设置有一个环形空腔，所述环形空腔内灌注有液体，所述连接爪与拨杆转动连接的一端朝向气囊方向延伸与稳定环转动连接，所述稳定环所在平面与气囊安装座所在平面共面；

所述导向头固定在稳定环上，所述导向头一朝向气囊的一侧设置有一个半球形的气囊容纳空腔，所述导向头背向气囊的一侧设置有若干与连接爪数量对应的导向风板，所述导向风板以导向头的中心轴线为圆心，环形阵列展开，所述导向风板所在平面与气囊安装座所在平面垂直。

作为本发明的进一步创新，所述气囊和排压空腔均为半球形，所述气囊的圆形底面贴合在气囊安装座上，所述泄压外壳的封闭端位于排压空腔的圆形底面上。

作为本发明的进一步创新，所述气囊安装座与排压空腔的顶部壁面为一体结构。

作为本发明的进一步创新，所述连接爪为薄片状，所述连接爪的主平面与气囊安装座所在平面垂直。

作为本发明的进一步创新，所述气囊的外壁上设置有一个直径大于气囊直径的防护网，所述防护网的圆形边缘固定在气囊安装座上。

一种自平衡探空气球及其充气方法充气方法，

1.首先通过拉动拨杆，使得泄压活塞朝向泄压外壳的开口端移动直到排压空腔通过泄压外壳的内部空腔与气囊连通；

2.通过相关夹具将拨杆固定，并且拆下万向轴，将排气活塞杆拔出；

3.在泄压活塞拉升至极限位置时，将充气设备的出气头插入到排气活塞外壳内；

4.在气压达到浮空的需求值时，松开拨杆，使得泄压活塞在舒张弹簧的驱动下回位；

5.将排气活塞外壳从充气设备上移除；

6.将排气活塞杆装回排气活塞外壳内，重新安装万向轴。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过一个简易的机械结构实现探空气球的自动排压，有效防止气球内壁气压过大导致气球的破裂。

2、本实用新型的自动导向机构上的稳定环因为其自身惯性可以增加气球上升时的稳定性，减少气球的摆动，同时导向机构上部的导向头可以对气球上升的方向进行动态的修正，可以有效防止横风和气流不稳定导致的气球不稳定。

3、本发明通过探空气球的自动排压来动态的减少探空气球的上升力，提高探空气球和相关外挂电子设备的安全性。

4、本发明可以防止气囊气体膨胀不平衡时，排气的不规则性给探空气球飞信带来的不稳定影响，无论气囊气体以什么速度和方式排出，本设备通过连接架的联动进行动态的修正。

5、本发明的气囊和排压空腔均为半球形，使得整体结构为球形，不仅使得整体更加美观，同时球形体也可以降低风阻，提高稳定性。

6、本发明的连接架可以一定程度上充当导流翼使用，在气囊内部分位置气体缺失导致的浮力不平衡时，导流翼可以对其进行干涉，对气球的运动轴线进行校正。

7、本发明的防护网不仅可以防止气囊过度膨胀发生破裂，同时也可以对气囊起到一定的保护作用。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的剖面示意图。

图2是导向头的示意图。

图中包括：气囊1、泄压活塞3、拨杆4、环形凸起5、舒张弹簧6、气囊安装座7、通孔A8、通孔B9、排压孔10、排气嘴11、连接爪12、万向轴13、防护网14、稳定环15、导向头16。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

一种自平衡探空气球，包括气囊1、基座、限压机构和泄压组件，所述基座包括气囊安装座7和排压空腔，所述气囊1固定在气囊安装座7的上端；

所述限压机构通过基座安装在气囊1上；

所述限压机构包括若干相对气囊1轴线环形阵列设置的泄压组件，所述泄压组件包括泄压外壳和泄压活塞3，所述泄压外壳一端开口一端封闭，所述泄压外壳的封闭端固定在气囊安装座7的下端，所述泄压外壳的封闭端上设置有用于与气囊1内部空间连通的通孔A8；

所述泄压外壳的开口端上设置有环形凸起5，所述泄压活塞3边缘与泄压外壳内壁密闭连接，所述泄压活塞3通过舒张弹簧6与环形凸起5连接；

在所述泄压外壳轴线方向的中部壁面上设置有若干通孔B9，所述泄压外壳内部通过通孔B9与排压空腔连通，在所述排压空腔上设置有若干排压孔10；

所述泄压组件包括泄压阀和连接架，所述泄压活塞3背向泄压外壳的封闭端一侧面上垂直设置有拨杆4，所述连接架包括若干与泄压组件数量对应的连接爪12，所述拨杆4与连接爪12转动连接，所述连接爪12通过一个固定座固定在一起；

在所述排压空腔的底部设置有一个排气嘴11，所述排气嘴11包括排气活塞组件，所述排气活塞组件包括排气活塞外壳和排气活塞杆，所述排气活塞外壳的封闭端与排压空腔连通，在所述排气活塞外壳的侧壁相对轴向中部位置环形阵列设置有若干排气孔，所述排气活塞杆与排气活塞外壳的封闭端之间设置有收缩弹簧，所述排气活塞杆通过万向轴13与固定座活动连接；

所述导向组件包括锥形的导向头16和稳定环15，所述稳定环15内设置有一个环形空腔，所述环形空腔内灌注有液体，所述连接爪12与拨杆转动连接的一端朝向气囊方向延伸与稳定环转动连接，所述稳定环15所在平面与气囊安装座所在平面共面；

如图2所示，所述导向头固定在稳定环上，所述导向头一朝向气囊的一侧设置有一个半球形的气囊容纳空腔，所述导向头背向气囊的一侧设置有若干与连接爪数量对应的导向风板，所述导向风板以导向头的中心轴线为圆心，环形阵列展开，所述导向风板所在平面与气囊安装座所在平面垂直；

所述气囊1和排压空腔均为半球形，所述气囊1的圆形底面贴合在气囊安装座7上，所述泄压外壳的封闭端位于排压空腔的圆形底面上；

所述气囊安装座7与排压空腔的顶部壁面为一体结构；

所述连接爪12为薄片状，所述连接爪12的主平面与气囊安装座7所在平面垂直；

所述气囊1的外壁上设置有一个直径大于气囊1直径的防护网14，所述防护网14的圆形边缘固定在气囊安装座7上；

(一)本产品的充气方法：

1.首先通过拉动拨杆4，使得泄压活塞3朝向泄压外壳的开口端移动直到排压空腔通过泄压外壳的内部空腔与气囊1连通；

2.通过相关夹具将拨杆4固定，并且拆下万向轴13，将排气活塞杆拔出；

3.在泄压活塞3拉升至极限位置时，将充气设备的出气头插入到排气活塞外壳内；

4.在气压达到浮空的需求值时，松开拨杆4，使得泄压活塞3在舒张弹簧6的驱动下回位；

5.将排气活塞外壳从充气设备上移除；

6.将排气活塞杆装回排气活塞外壳内，重新安装万向轴13。

(二)本产品的工作原理：

当探空气球一直上升时，因为高空空气比较稀薄，气囊1外部的气压会远小于气囊1内部的气压，气囊1内的气体会发生膨胀，并且产生朝向气囊1外部排气的趋势；

此时气囊1内膨胀的气体会驱动泄压活塞3克服膨胀弹簧的弹性，朝向泄压外壳的开口端发生移动一直到活塞移动到通孔B9的位置，此时通过通孔B9，气囊1与排压空腔的气体路径被连通，同时在泄压活塞3的带动下，拨杆4推动连接爪12，拉动排气活塞对排压空腔内的气体进行释放，防止排压空腔内的气体直接释放到外界给探空气球的稳定性带来影响，同时随着连接爪12的摆动，连接爪12摆动的同时，可以同时带动稳定环15内的液体发生运动，从而动态的修正探空气球的重心，但同时因为稳定环15因为本身具有一定环形，也可以对连接爪12的摆动量进行限制，从而提高气压排出时的稳定性，导向头可以对气球上升的路线进行动态的修正，可以有效降低气球因为排气的不稳定和横风所导致的航线偏移距离；气囊1内的高压气体经过排压空腔缓慢的朝向外界空间进行释放，直到气囊1内的压力达到正常值，此时弹簧力大于气囊1内气体的膨胀力，泄压活塞3回位，封闭气囊1与排压空腔的气体路径。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种自平衡探空气球，其特征是：包括气囊、基座、限压机构、泄压组件和导向组件，所述限压机构通过基座安装在气囊上；

所述基座包括气囊安装座和排压空腔，所述气囊固定在气囊安装座的上端；

所述限压机构包括若干相对气囊轴线环形阵列设置的泄压组件，所述泄压组件包括泄压外壳和泄压活塞，所述泄压外壳一端开口一端封闭，所述泄压外壳的封闭端固定在气囊安装座的下端，所述泄压外壳的封闭端上设置有用于与气囊内部空间连通的通孔A；

所述泄压外壳的开口端上设置有环形凸起，所述泄压活塞边缘与泄压外壳内壁密闭连接，所述泄压活塞通过舒张弹簧与环形凸起连接；

在所述泄压外壳轴线方向的中部壁面上设置有若干通孔B，所述泄压外壳内部通过通孔B与排压空腔连通，在所述排压空腔上设置有若干排压孔；

所述泄压组件包括泄压阀和连接架，所述泄压活塞背向泄压外壳的封闭端一侧面上垂直设置有拨杆，所述连接架包括若干与泄压组件数量对应的连接爪，所述拨杆与连接爪转动连接，所述连接爪通过一个固定座固定在一起；

在所述排压空腔的底部设置有一个排气嘴，所述排气嘴包括排气活塞组件，所述排气活塞组件包括排气活塞外壳和排气活塞杆，所述排气活塞外壳的封闭端与排压空腔连通，在所述排气活塞外壳的侧壁相对轴向中部位置环形阵列设置有若干排气孔，所述排气活塞杆与排气活塞外壳的封闭端之间设置有收缩弹簧，所述排气活塞杆通过万向轴与固定座活动连接；

所述导向组件包括锥形的导向头和稳定环，所述稳定环内设置有一个环形空腔，所述环形空腔内灌注有液体，所述连接爪与拨杆转动连接的一端朝向气囊方向延伸与稳定环转动连接，所述稳定环所在平面与气囊安装座所在平面共面；

所述导向头固定在稳定环上，所述导向头一朝向气囊的一侧设置有一个半球形的气囊容纳空腔，所述导向头背向气囊的一侧设置有若干与连接爪数量对应的导向风板，所述导向风板以导向头的中心轴线为圆心，环形阵列展开，所述导向风板所在平面与气囊安装座所在平面垂直。

2.如权利要求1所述的一种自平衡探空气球，其特征是：所述气囊和排压空腔均为半球形，所述气囊的圆形底面贴合在气囊安装座上，所述泄压外壳的封闭端位于排压空腔的圆形底面上。

3.如权利要求2所述的一种自平衡探空气球，其特征是：所述气囊安装座与排压空腔的顶部壁面为一体结构。

4.如权利要求2所述的一种自平衡探空气球，其特征是：所述连接爪为薄片状，所述连接爪的主平面与气囊安装座所在平面垂直。

5.如权利要求2所述的一种自平衡探空气球，其特征是：所述气囊的外壁上设置有一个直径大于气囊直径的防护网，所述防护网的圆形边缘固定在气囊安装座上。

6.一种如权利要求1所述的自平衡探空气球充气方法：

1.首先通过拉动拨杆，使得泄压活塞朝向泄压外壳的开口端移动直到排压空腔通过泄压外壳的内部空腔与气囊连通；

2.通过相关夹具将拨杆固定，并且拆下万向轴，将排气活塞杆拔出；

3.在泄压活塞拉升至极限位置时，将充气设备的出气头插入到排气活塞外壳内；

4.在气压达到浮空的需求值时，松开拨杆，使得泄压活塞在舒张弹簧的驱动下回位；

5.将排气活塞外壳从充气设备上移除；

6.将排气活塞杆装回排气活塞外壳内，重新安装万向轴。