CN104986334A - 一种多尺度航空气象平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多尺度航空气象平台，该平台包括平台升空装置、高空滑翔变结构飞行器和无线探空仪。其中：平台升空装置携带高空滑翔变结构飞行器和无线探空仪升空，并在上升过程采集大气气象数据，通过无线电将数据传回地面。通过高度表确定达到规定高度后，气象气球滞留高空回传数据，平台通过高空滑翔变结构飞行器高速降落。在达到预定高度后，旋转尾翼，通过舵机带动蜗轮蜗杆自动旋转，改变飞行器的飞行模式，以短机翼作为机身，进行滑翔。并在近地滑翔区间，采集小尺度气象信息，实现多尺度气象信息采集。本发明通过一体化设计，自行实现升空、降落、采集气象信息，实现多尺度气象数据同步，在未来气象数据平台共享上有巨大的前景。

Description

一种多尺度航空气象平台

技术领域

本发明涉及一种多尺度航空气象平台，涉及气象自动观测领域，可广泛应用于高空、中尺度及小尺度气象探测。

背景技术

面向气象现代化、军队现代化和航空事业发展，航空气象的发展具有迫切的需求，充分利用现有气象自动化观测技术和预报预警服务信息，提升气象信息自动化传输水平，实时共享气象信息，增加灾害性天气预报预警信息服务内容，形成新型气象为航空服务业务。高空气象探测是综合气象观测系统的重要组成部分，同时高空气象变化对近地面气象变化有着重大的影响作用。目前，针对航空气象探测采用高空气球和卫星进行探测，不能实现多尺度气象数据采集，对近地区域气象点无法进行实时探测，不可对指定区域进行探测，高空气象发生变化无法探测近地区域气象变化，气象数据无法实时共享，同时气象设备不可回收。

发明内容

本发明的目的是提出一种多尺度航空气象平台，用以解决高空探测与指定区域探测，多尺度结合，气象数据平台共享技术，可在不同高度定点记录大气气象数据，并可自主回收。

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出了一种多尺度航空气象平台，具体技术方案包括：

多尺度航空平台包括平台升空装置、高空滑翔变结构飞行器和无线探空仪。其中：平台升空装置携带航天平台升空，并通过无线探空仪监测上升区间气象状况；高空滑翔变结构飞行器携带无线探空仪自主降落；无线探空仪用于采集上升和下降段大气气象信息，提供多尺度气象信息。多平台升空装置位于高空可通过无线探空仪获取高空范围气象信息，在局部近地面定点区域有气象信息变化时，可通过高空滑翔变结构飞行器携带无线探空仪定点探测。

所述平台升空装置包括气象气球和自动释放装置。所述的气象气球携带高空滑翔变结构飞行器及无线探空仪升空；所述的自动释放装置通过智能控制，到达指定高度，经高度表确定高度后，自动释放高空滑翔变结构飞行器，保证平台稳定下落。

所述的高空滑翔变结构飞行器机体采用碳纤维构成，可自动旋转尾翼，实现机身和机翼功能互换，改变飞行器飞行模式，并在近地区间自动滑翔到指定区域。所述的自动旋转尾翼采用电机驱动旋转，具有蜗轮蜗杆装置，可实现自锁功能。自动旋转尾翼采用智能控制舵机，在规定的位置按照预定的角速度进行旋转，确保飞行器在近地点指定区域实现飞行模式的完全转变，即V型尾翼旋转到较短机翼上，以较长机翼为应力面进行滑翔。

所述的无线探空仪通过无线电与地面站进行通信，测量大气压力、高度、经纬度、温度、湿度和风速风向等，并可同时测量大气臭氧浓度，可以提供多尺度气象信息，可监测范围从高空到近地面定点区域范围。

本发明的功能原理是：平台升空装置携带高空滑翔变结构飞行器和无线探空仪逐级上升，并在上升过程采集大气气象数据，通过无线电将数据传回地面。在上升到指定高空，通过高度表确定达到规定高度后，气象气球滞留高空回传气象数据，并自动释放高空滑翔变结构飞行器，高空滑翔变结构飞行器高速降落。在初始阶段，由于速度较快，对机体结构强度要求大，采用长机翼作为机身，实现高速稳定下落。在达到预定高度后，旋转尾翼，通过舵机带动蜗轮蜗杆自动旋转，改变高空滑翔变结构飞行器的飞行模式，以短机翼作为机身，进行滑翔。并在近地滑翔区间，采集定点区域气象信息，实现多尺度气象信息采集。高空滑翔变结构飞行器自身装有自驾仪模块，可自动规划路径，按照预定路线到达规定地点，携带珍贵的气象设备回到地面。

本多尺度航空气象平台可以自动探测多尺度气象数据从地面至40km高空，提供大气温度、湿度、压力、风速等多种大气数据。

多尺度航空气象平台提供了全新的航空气象探测手段，真正实现了航空气象探测的自主性、可回收性。可在指定高度自动降落，并通过旋转尾翼变换飞行器工作模式，可安全、稳定、自主降落到预定地点。通过滞空气球停留在指定高空，探测高空气象数据，在有近地定点区域探测需求后，释放气象平台，完成近地面温度、气压、风速和湿度等综合气象探测。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明相比现有技术，通过一体化集成设计，可实现多尺度气象信息探测，从小尺度，近地区间气象信息探测到大尺度，高空气象信息探测，可提升为航空服务的能力，满足用户需求，适应气象事业的发展。

(2)本发明相比现有技术，可完成气象探测设备的回收再利用，通过高空滑翔变结构飞行器，携带气象设备回到预定地点。高空滑翔变结构飞行器通过旋转尾翼结构，利用蜗轮蜗杆自锁功能，实现飞行器飞行模式变换，保证飞行器在高空降落过程中的可靠性和安全性。

附图说明

图1为本发明的功能模块图；

图2为本发明的工作流程图；

图3为本发明涉及的高空变结构飞行器的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，多尺度航空气象平台包括平台升空装置、高空滑翔变结构飞行器和无线探空仪。其中：平台升空装置携带高空滑翔变结构飞行器和无线探空仪升空，并通过无线探空仪监测上升区间气象状况；高空滑翔变结构飞行器携带无线探空仪自主降落；无线探空仪用于采集上升和下降段大气气象信息，提供多尺度气象信息。

所述平台升空装置包括气象气球和自动释放装置。所述的气象气球携带高空滑翔变结构飞行器及无线探空仪升空；所述自动释放装置通过智能控制，通过高度表到达指定高度后，自动释放高空滑翔变结构飞行器。

所述的高空滑翔变结构飞行器机体采用碳纤维构成，可自动旋转尾翼，实现机身和机翼功能互换，改变飞行器飞行模式，并在近地区间自动滑翔到指定区域。所述的自动旋转尾翼采用电机驱动旋转，具有蜗轮蜗杆装置，可实现自锁功能。自动旋转尾翼采用智能控制舵机，在规定的位置按照预定的角速度进行旋转，确保高空滑翔变结构飞行器在近地点指定区域实现飞行模式的完全转变，即V型尾翼旋转到较短机翼上，以较长机翼为应力面进行滑翔。

所述的无线探空仪通过无线电与地面站进行通信，测量大气压力、高度、经纬度、温度、湿度和风速风向等，并可同时测量大气臭氧浓度，可以提供多尺度气象信息，可监测范围从高空到近地面定点区域范围。

图2为本发明的工作流程图，平台升空装置携带高空滑翔变结构飞行器和无线探空仪逐级上升，并在上升过程采集大气气象数据，通过载体携带无线模块将数据传回地面。在上升到指定高度，通过高度表确定达到规定高度后，气象气球滞留高空回传气象数据，并自动释放高空滑翔变结构飞行器。在初始阶段，由于速度较快，对机体结构强度要求大，采用长机翼作为机身，实现高速稳定下落。在达到预定高度后，旋转尾翼，通过舵机带动蜗轮蜗杆自动旋转，改变高空滑翔变结构飞行器的飞行模式，以短机翼作为机身，进行滑翔。并在近地滑翔区间，采集小区域、定点区域气象信息，实现多尺度气象信息采集。高空滑翔变结构飞行器自身装有自驾仪模块，可自动规划路径，按照预定路线到达规定地点，携带珍贵的气象设备回到地面。

图3为高空滑翔变结构飞行器的结构设计图，高空滑翔变结构飞行器机身结构采取一体化设计，直接由模具生成机身。机身在高空降落过程中，作为较短应力面降落，对于机身翼型的选择为对称翼型。所述机翼为BE12305B，迎角为7°。机翼的安装角为5-6°，机翼的升力系数为0.57，升阻比为30左右，展弦比为13。前机身部分长度为1.6m,总体大约呈长方体形，后面平尾及垂尾部分通过碳管连接。这样布局能够减少阻力，增加气动性能。

尾翼旋转通过机身安装的舵机带动蜗轮蜗杆旋转尾翼，通过尾翼位置的改变来改变飞行器的飞行模式，实现飞行器在高速下落以较短机翼为应力面到近地滑翔过程中以较长机翼为应力面的转变。蜗轮蜗杆机构常用来传递两交错轴之间的运动和动力。蜗轮与蜗杆在其中间平面内相当于齿轮与齿条，蜗杆又与螺杆形状相似。由于飞行器在高空降落过程中受到的阻力较大，舵机提供的扭矩不足以旋转尾翼，通过蜗轮蜗杆增加扭矩可以保证尾翼的旋转，同时蜗轮蜗杆具有自锁功能，保证尾翼在达到规定位置的时候保持稳定。尾翼旋转采用智能控制舵机，在规定的位置按照预定的角速度进行旋转，确保飞行器在近地点指定区域实现飞行模式的完全转变，即V型尾翼旋转到较短机翼上，以较长机翼为应力面进行滑翔。

Claims (5)

1.一种多尺度航空气象平台，其特征在于包括：平台升空装置、高空滑翔变结构飞行器和无线探空仪；其中平台升空装置携带高空滑翔变结构飞行器和无线探空仪升空，并通过无线探空仪监测上升区间气象状况；高空滑翔变结构飞行器携带无线探空仪自主降落；无线探空仪用于采集大气气象信息，提供多尺度气象信息。

2.根据权利要求1所述的多尺度航空气象平台，其特征在于：所述平台升空装置包括气象气球和自动释放装置；所述的气象气球携带高空滑翔变结构飞行器及无线探空仪升空；所述自动释放装置通过智能控制，通过高度表到达指定高度后，自动释放高空滑翔变结构飞行器，保证高空滑翔变结构飞行器稳定下落。

3.根据权利要求1所述的多尺度航空气象平台，其特征在于：所述高空滑翔变结构飞行器机体采用碳纤维构成，采用一体化结构设计，能够实现自动旋转尾翼，实现机身和机翼功能互换，改变高空滑翔变结构飞行器飞行模式，并在近地区间自动滑翔到指定区域，携带无线探空仪等气象设备降落到规定地点。

4.根据权利要求3所述的多尺度航空气象平台，其特征在于：所述实现自动旋转尾翼的方式通过电机驱动旋转，采用蜗轮蜗杆装置；同时采用嵌入式系统控制舵机，在规定的位置按照预定的角速度进行旋转，确保高空滑翔变结构飞行器在近地点低空区域实现飞行模式的完全转变，即V型尾翼旋转到较短机翼上，以较长机翼为应力面进行滑翔。

5.根据权利要求1所述的多尺度航空气象平台，其特征在于：所述无线探空仪通过无线电与地面站进行通信，测量大气压力、高度、经纬度、温度、湿度和风速风向，并能够同时测量大气臭氧浓度。