CN107902068A - 一种高空气球撕裂系统及其撕裂高空气球的方法 - Google Patents

Abstract

一种高空气球撕裂系统，包括高空气球本体(1)、小孔(8)、撕裂幅(2)、撕裂绳(5)、主承力绳(9)、载荷吊舱(7)、解锁装置(4)；小孔(1)和撕裂幅(2)在高空气球本体(1)表面经向各设置彼此分开的两个，撕裂幅(2)用于固定撕裂绳(5)和密封小孔(8)；撕裂绳(5)的一端从一个小孔穿入高空气球本体(1)并固定在所述小孔内或固定在撕裂幅与高空气球本体(1)的结合处；另一端从另一个小孔穿出，沿撕裂幅(2)与高空气球本体(1)结合处的上端引出、最后固定在载荷吊舱(7)上。当高空气球本体(1)与载荷吊舱(7)分离时，载荷吊舱(7)垂直向下降落带动撕裂绳(5)撕裂高空气球本体(1)。

Description

一种高空气球撕裂系统及其撕裂高空气球的方法

技术领域

本发明属于临近空间技术领域，涉及一种高空气球定高撕裂的系统和方法。

背景技术

临近空间是跨接航空与航天的新兴战略空间，发展临近空间飞行器，进入临近空间，利用临近空间，对于我国建设全方位、立体化的安全体系意义重大。

高空气球主要用于将探空仪器携带到高空，以便进行温度、压力、湿度和风等气象要素的探测，也可以携带设备完成信号中继、科学实验、军情监测等任务。高空气球是研究平流层的重要工具，特别是对气象学发展和高空飞行器的设计起到了重要作用。

目前，现有的高空气球在球伞分离后，高空气球均是自然爆破(继续上升至一定高度，超压爆破)，还未见有应用力学方法对高空气球进行定高撕裂爆破的报道与文献。

发明内容

因此，希望提供一种系统构造简单、可靠性高的高空气球撕裂系统和其撕裂高空气球的方法，实现在预定高度解锁释放载荷吊舱的同时撕裂和破坏气球。

根据发明的一个方面，提供了一种高空气球撕裂系统，它包括高空气球本体、小孔、撕裂幅、撕裂绳、主承力绳、载荷吊舱、解锁装置；

所述小孔设置在高空气球本体表面上，用于预埋撕裂绳，小孔的直径应略大于撕裂绳的直径；

所述撕裂幅为贴合在高空气球本体外表面小孔位置的材料片，用于固定撕裂绳和密封小孔；撕裂幅通过热合或粘合剂粘合的方式固定在高空气球本体外表面，一方面固定撕裂绳，另一方面用于密封高空气球本体表面预制的小孔以防浮升气体泄漏；撕裂幅可采用高空气球本体材料或指定的焊接带材料；

所述载荷吊舱用于装载高空任务设备；

所述主承力绳用于连接所述高空气球本体和载荷吊舱；

所述解锁装置设置在所述高空气球本体与载荷吊舱之间的主承力绳上，用于使主承力绳断裂并分离高空气球本体和载荷吊舱；

所述小孔和撕裂幅在高空气球本体外表面分别设置两个；

所述撕裂绳的一端从一个小孔穿入高空气球本体并固定在所述小孔内或固定在撕裂幅与高空气球本体的结合处；另一端从另一个小孔穿出，沿撕裂幅与高空气球本体结合处的上端引出、最后固定在载荷吊舱上；撕裂绳采用柔性结实的绳索，可依据高空气球囊体材料性能的不同采用不同材质的撕裂绳；本发明实施方案中的撕裂绳采用尼龙绳，强度远大于高空气球囊体表面的小分子量塑料材料。

所述撕裂幅与高空气球本体表面的结合力小于高空气球本体与载荷吊舱分离时撕裂绳所受的拉力。

进一步的，上述两个小孔沿高空气球本体经向布置，撕裂绳从高空气球本体内部引出的孔为位于高空气球本体经向上部位置的小孔；所述两块撕裂幅在高空气球本体表面不重合。本领域技术人员可知，这种设置可以大大减少载荷吊舱分离后下降过程中，撕裂绳撕开撕裂幅与高空气球本体表面结合处所需要的力，甚至防止作用力在高空气球本体表面发生分解，导致撕不开撕裂幅与高空气球本体表面结合处。

更进一步的，上述撕裂幅在高空气球本体经向的贴合长度大于其在高空气球本体纬向的贴合长度，以使撕裂幅在沿撕裂绳拉力方向较容易被撕开。

还进一步的，本发明的撕裂系统还包括设置于主承力绳上的绕绳器，以在系统浮升过程中收纳多余的撕裂绳，避免上升过程中撕裂绳与主承力绳相互缠绕。高空气球与载荷吊舱分离后，绕绳绕绳器能迅速释放撕裂绳。

还进一步的，上述解锁装置为选自舵机解锁装置、爆破解锁装置和机械解锁装置中的一种；解锁装置具备接收解锁信号功能，根据接收到的解锁信号后启动解锁。

还进一步的，本发明的撕裂系统还包括定时器，定时器设置在所述高空气球本体与载荷吊舱之间的主承力绳上，所述定时器用于在设定时间自动发出解锁指令给所述解锁装置。

还进一步的，本发明的撕裂系统还包括地面站和设置于载荷吊舱中的高度传感器和卫星信号模块；所述地面站实时与卫星信号模块通信，卫星信号模块根据高度传感器传输的高度信息判断系统是否达到预定高度并将高度信息传输给地面站，地面站在预定解锁高度发送解锁指令给解锁装置，实现在指定高度解锁。

还进一步的，上述撕裂幅与高空气球本体表面的贴合方式为粘合剂粘合或热压合。

可以看出，本发明撕裂系统的基本原理如下：高空气球本体内充入浮力气体，为整个系统提供上升所需浮力。当高空气球本体携带载荷吊舱进入临近空间完成既定任务后，通过定时触发或者通过地面站发出解锁指令由解锁装置执行高空气球本体与载荷吊舱之间的分离解锁，因为高空气球本体表面有小孔、且撕裂绳从孔位置撕裂幅与高空气球本体的结合处引出，而撕裂绳的另一端固定在载荷吊舱上，当载荷吊舱自由落体时，带动撕裂绳撕开撕裂幅与高空气球本体的结合部位，从小孔处撕破高空气球本体，从而达到撕裂高空气球本体、释放浮力气体和无损回收吊舱的目的。

同时，整个高空气球定高撕裂系统使用的撕裂绳、撕裂幅、绕绳器等均为简易可靠的物品，使本系统具有构造简单、成本低廉的优点；其使用的高空气球本体载重量大，能长时间滞空。

本发明还提供了一种利用上述高空气球撕裂系统撕裂高空气球的方法，包括以下步骤：

S1.连接、固定系统各部分，将多余的撕裂绳缠绕在绕绳器上，使其自由部分的长度大于主承力绳的长度，以避免系统上升过程中撕裂绳受力破坏高空气球；

S2.使用充气的高空气球本体将载荷吊舱搭载上升到预定高度执行既定任务；

S3.任务完成后，通过定时器触发和/或通过地面站在指定高度发出解锁指令，触发解锁装置将载荷吊舱和高空气球本体分离；

S4.高空气球本体和载荷吊舱分离后，载荷吊舱自由落体，一端与载荷吊舱固定连接的撕裂绳拉动并撕开撕裂幅与高空气球本体的结合部，从而从小孔处破坏高空气球本体；

S5.载荷吊舱通过降落伞进行回收。

进一步的，上述方法中，所述步骤S3中当定时器和地面站同时发出解锁指令时，地面站的解锁指令优先级高于定时器的触发指令。

可以看出，通过本发明的撕裂高空气球的方法，在高空气球携带载荷吊舱进入临近空间完成既定任务后，通过解锁的方式实现高空气球和载荷吊舱的分离，同时实现对高空气球定高撕裂破坏及载荷吊舱的伞降回收。

本发明的高空气球定高撕裂系统和方法能通过定时或指令控制实现高空气球的撕裂破坏，达到迅速释放球内浮升气体的效果。

本发明的撕裂系统和撕裂方法降低了高空气球安控分系统技术复杂度，提高了系统安全性和可靠性，可用于各类小中大型高空气球的撕裂。

附图说明

从下面结合附图对本发明实施例的详细描述中，本发明的这些和/或其它方面和优点将变得更加清楚并更容易理解，其中：

图1为本发明实施例的高空气球撕裂系统的结构组成示意图；

图2为本发明实施例的高空气球撕裂系统的撕裂幅、撕裂绳及高空气球本体位置关系示意图；

图3为本发明实施例的高空气球撕裂系统的解锁装置触发逻辑示意图；

图4为本发明实施例的高空气球定高撕裂方法流程图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。这里，需要注意的是，在附图中，将相同的附图标记赋予基本上具有相同或类似结构和功能的组成部分，并且将省略关于它们的重复描述。

实施例1

一种高空气球定高撕裂系统，它包括高空气球本体1、小孔8、撕裂幅2、撕裂绳5、主承力绳9、载荷吊舱7、解锁装置4、绕绳器6、定时器3、地面站、高度传感器和卫星信号模块；

所述小孔1设置在高空气球本体1表面上，用于预埋撕裂绳5；所述撕裂幅2为贴合在高空气球本体1外表面小孔8位置的材料片，通过粘合剂粘合或热压合方式贴合在高空气球本体1表面上的小孔位置，用于固定撕裂绳5和密封小孔8；所述撕裂绳5的一端从一个小孔穿入高空气球本体1并固定在所述小孔内或固定在撕裂幅与高空气球本体1的结合处；另一端从另一个小孔穿出，沿撕裂幅2与高空气球本体1结合处的上端引出、最后固定在载荷吊舱7上；

小孔8和撕裂幅2在高空气球本体1外表面分别设置两个，优选沿高空气球本体1经向布置，撕裂绳5从高空气球本体1内部引出的孔为位于高空气球本体1经向上部位置的小孔；为了使撕裂幅5在沿撕裂绳5被载荷吊舱7向下拉动的方向上较容易被撕开，两块撕裂幅5在高空气球本体1表面不重合，且撕裂幅5在高空气球本体1经向的贴合长度大于其在高空气球本体1纬向的贴合长度；

所述载荷吊舱7用于装载高空任务设备；

所述主承力绳9用于连接所述高空气球本体1和载荷吊舱7；

所述解锁装置4设置在所述高空气球本体1与载荷吊舱7之间的主承力绳9上，用于使主承力绳9断裂、分离高空气球本体1和载荷吊舱7；解锁装置4为选自舵机解锁装置、爆破解锁装置和机械解锁装置中的一种；解锁装置4具备接收解锁信号功能，根据接收到的解锁信号后启动解锁；

所述撕裂幅2与高空气球本体1表面的结合力小于高空气球本体1与载荷吊舱7分离时撕裂绳5所受的拉力；

绕绳器6设置于主承力绳9上，以在系统浮升过程中收纳多余的撕裂绳5，避免上升过程中撕裂绳5与主承力绳9相互缠绕；

定时器3设置在所述高空气球本体1与载荷吊舱7之间的主承力绳9上，所述定时器用于在设定时间自动发出解锁指令给所述解锁装置4；

高度传感器和卫星信号模块设置于载荷吊舱7中，地面站在任意时刻传输解锁指令给定时器3以启动解锁装置4；或者地面站实时与卫星信号模块通信，卫星信号模块根据高度传感器传输的高度信息判断系统是否达到预定高度并将高度信息传输给地面站，地面站在预定解锁高度发送解锁指令给解锁装置4，实现在指定高度解锁。

实施例2

一种高空气球定高撕裂方法，它利用实施例1的高空气球定高撕裂系统，包括以下步骤：

S1.连接、固定系统各部分，将多余的撕裂绳5缠绕在绕绳器6上，使其自由部分的长度大于主承力绳9的长度，以避免系统上升过程中撕裂绳5受力破坏高空气球；

S2.使用充气的高空气球本体1将载荷吊舱7搭载上升到预定高度执行既定任务；

S3.任务完成后，通过定时器3触发和/或通过地面站在指定高度发出解锁指令，触发解锁装置4将载荷吊舱7和高空气球本体1分离；当定时器3和地面站同时发出解锁指令时，地面站的解锁指令优先级高于定时器3的触发指令；

S4.高空气球本体1和载荷吊舱7分离后，载荷吊舱7自由落体，一端与载荷吊舱7固定连接的撕裂绳5拉动并撕开撕裂幅5与高空气球本体1的结合部，从而从小孔8处破坏高空气球本体1；

S5.载荷吊舱7通过降落伞进行回收。

上述的实施例仅作为本发明实施方案示例而非作为限制，可以采取其它的形式。以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种高空气球撕裂系统，其特征在于，它包括高空气球本体(1)、小孔(8)、撕裂幅(2)、撕裂绳(5)、主承力绳(9)、载荷吊舱(7)、解锁装置(4)；

所述小孔(1)设置在高空气球本体(1)表面上，用于预埋撕裂绳(5)；

所述撕裂幅(2)为贴合在高空气球本体(1)外表面小孔(8)位置的材料片，用于固定撕裂绳(5)和密封小孔(8)；

所述载荷吊舱(7)用于装载高空任务设备；

所述主承力绳(9)用于连接所述高空气球本体(1)和载荷吊舱(7)；

所述解锁装置(4)设置在所述高空气球本体(1)与载荷吊舱(7)之间的主承力绳(9)上，用于使主承力绳(9)断裂并分离高空气球本体(1)和载荷吊舱(7)；

所述小孔(8)和撕裂幅(2)在高空气球本体(1)外表面分别设置两个；

所述撕裂绳(5)的一端从一个小孔穿入高空气球本体(1)并固定在所述小孔处或固定在撕裂幅(2)与高空气球本体(1)的结合处；另一端从另一个小孔穿出，沿撕裂幅(2)与高空气球本体(1)结合处的上端引出、最后固定在载荷吊舱(7)上；

所述撕裂幅(2)与高空气球本体(1)表面的结合力小于高空气球本体(1)与载荷吊舱(7)分离时撕裂绳(5)所受的拉力。

2.如权利要求1所述的高空气球撕裂系统，其特征在于，所述两个小孔沿高空气球本体(1)经向布置，撕裂绳(5)从高空气球本体(1)内部引出的孔为位于高空气球本体(1)经向上部位置的小孔；所述两块撕裂幅(5)在高空气球本体(1)表面不重合。

3.如权利要求2所述的高空气球撕裂系统，其特征在于，所述撕裂幅(5)沿高空气球本体(1)经向的贴合长度大于其沿高空气球本体(1)纬向的贴合长度，以使撕裂幅(5)在撕裂绳(5)拉力方向上较容易被撕开。

4.如权利要求3所述的高空气球撕裂系统，其特征在于，还包括设置于主承力绳(9)上的绕绳器(6)，以在系统浮升过程中收纳多余的撕裂绳(5)，避免上升过程中撕裂绳(5)与主承力绳(9)相互缠绕。

5.如权利要求4所述的高空气球撕裂系统，其特征在于，所述解锁装置(4)为选自舵机解锁装置、爆破解锁装置和机械解锁装置中的一种；解锁装置(4)具备接收解锁信号功能，根据接收到的解锁信号后启动解锁。

6.如权利要求5所述的高空气球撕裂系统，其特征在于，还包括定时器(3)，定时器(3)设置在所述高空气球本体(1)与载荷吊舱(7)之间的主承力绳(9)上，所述定时器用于在设定时间自动发出解锁指令给所述解锁装置(4)。

7.如权利要求5所述的高空气球撕裂系统，其特征在于，还包括地面站和设置于载荷吊舱(7)中的高度传感器和卫星信号模块；所述地面站实时与卫星信号模块通信，卫星信号模块根据高度传感器传输的高度信息判断系统是否达到预定高度并将高度信息传输给地面站，地面站在预定高度发送解锁指令给解锁装置(4)，实现定高解锁、分离及撕裂高空气球本体(1)。

8.如权利要求6或7所述的高空气球撕裂系统，其特征在于，所述撕裂幅(2)与高空气球本体(1)表面的贴合方式为粘合剂粘合或热压合。

9.一种撕裂高空气球的方法，它利用如权利要求8所述的高空气球撕裂系统，包括以下步骤：

S1.连接、固定系统各部分，将多余的撕裂绳(5)缠绕在绕绳器(6)上，使其自由部分的长度大于主承力绳(9)的长度，以避免系统上升过程中撕裂绳(5)受力破坏高空气球；

S2.使用充气的高空气球本体(1)将载荷吊舱(7)搭载上升到预定高度执行既定任务；

S3.任务完成后，通过定时器(3)触发和/或通过地面站在指定高度发出解锁指令，触发解锁装置(4)将载荷吊舱(7)和高空气球本体(1)分离；

S4.高空气球本体(1)和载荷吊舱(7)分离后，载荷吊舱(7)自由落体，一端与载荷吊舱(7)固定连接的撕裂绳(5)拉动并撕开撕裂幅(5)与高空气球本体(1)的结合部，从而从小孔(8)处破坏高空气球本体(1)；

S5.载荷吊舱(7)通过降落伞进行回收。

10.如权利要求9所述的撕裂高空气球的方法，其特征在于，所述步骤

S3中当定时器(3)和地面站同时发出解锁指令时，地面站发出的解锁指令优先级高于定时器(3)的触发指令。