CN109515675A - 平流层浮空器太阳能电池阵的整体集成拼装设备与方法 - Google Patents

Abstract

一种平流层浮空器太阳能电池阵的整体集成拼装设备，包括基础位置的电池模块集成安装工装、太阳能电池阵转移导轨、定向牵引卷扬系统和尾部导向约束机构。本发明一是通过基础位置的电池模块集成安装工装，利用编号进行序号化位置管理，实现了太阳能电池阵在地面的快速、精准集成拼装，提高了电池阵列的集成拼装效率，避免了传统方法中需要大规模吊挂及安装装置、需要较大操作空间及人员高空作业的弊端。二是通过采用可拼接式或折叠式的电池模块集成安装工装、可充气式电池阵转移导轨，以及移动式可升降的定向牵引卷扬系统，不仅可使本装置适用于不同尺寸型号的平流层浮空器，还有利于本装置的收纳，占用空间小，便于转场、运输和快速搭建。

Description

平流层浮空器太阳能电池阵的整体集成拼装设备与方法

技术领域

本发明属于航空技术领域，涉及一种平流层浮空器，特别是涉及一种平流层浮空器太阳能电池阵的整体集成拼装设备与方法。

背景技术

平流层浮空器具有覆盖范围广、生存能力强、制造和运行维护费用低等优点，得到了日益广泛的应用。平流层浮空器通常采用飞艇结构，其整体呈椭圆球形，椭圆球形顶部设有太阳能电池阵，底部挂载设备舱。由于平流层浮空器整体结构巨大，且需要满足长时不间断驻空飞行的要求，导致其太阳能电池阵的规模也比较大，通常少则十几千瓦，多则几十甚至上百千瓦；同时，考虑到轻量化的要求，太阳能电池阵一般采用柔性或半柔性结构。基于上述要求，现有技术中在平流层浮空器上集成拼装太阳能电池阵时，往往需要规模庞大的吊挂装置和安装施工装置，集成拼装工作流程复杂、操作不便、耗时耗力，工作效率较低；且难以对拼装后的产品进行检测和维修，质量与可靠性难以保证。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种平流层浮空器太阳能电池阵的整体集成拼装设备与方法，根据平流层浮空器太阳能电池阵的集成拼装需求，采用分步骤集成、导轨式转移、柔性化快速固定的方式，实现太阳能电池阵的快速高效整体集成拼装。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种平流层浮空器太阳能电池阵的整体集成拼装设备，包括基础位置的电池模块集成安装工装6、太阳能电池阵转移导轨4、定向牵引卷扬系统2及牵引绳索3；其中，所述基础位置的电池模块集成安装工装6上设有单元网格阵列，单元网格阵列的每个网格对应太阳能电池阵5的一个电池模块，用于开展太阳能电池阵5的拼装；所述电池阵转移导轨4的一端靠近平流层浮空器本体1的上表面，另一端靠近基础位置的电池模块集成安装工装6的一侧，用于实现拼装后的太阳能电池阵5由基础位置的电池模块集成安装工装6向平流层浮空器本体1的上表面进行转移；以及所述定向牵引卷扬系统2及牵引绳索3，用于拖拽拼装后的太阳能电池阵5，使其由基础位置的电池模块集成安装工装6向平流层浮空器本体1的上表面进行转移。

进一步，所述平流层浮空器太阳能电池阵的整体集成拼装设备还包括尾部导向约束机构7及尾部导向约束绳索8，用于保持拼装后的太阳能电池阵5由基础位置的电池模块集成安装工装6向平流层浮空器本体1的上表面进行转移时的稳定。

进一步，所述基础位置的电池模块集成安装工装6为硬质平板状结构，由多个单独的单元网格或多个单元网格组拼接而成，每个单元网格标记有独立的编号；或者，所述基础位置的电池模块集成安装工装6为可折叠的柔性塑料膜结构，上表面标记为多个单元网格，每个单元网格标记有独立的编号。

进一步，所述电池阵转移导轨4为充气结构，顶部设有用于搭载拼装后的太阳能电池阵5由基础位置的电池模块集成安装工装6向平流层浮空器本体1的上表面进行转移的凹槽。

进一步，所述定向牵引卷扬系统2包括可移动底座，所述底座上设有升降台，升降台顶端设有卷扬机构，所述牵引绳索3通过卷扬机构进行收放。

进一步，所述尾部导向约束机构7为电机驱动的绞盘结构，尾部导向约束绳索8通过绞盘结构进行收放；所述尾部导向约束机构7具有恒定扭矩输出功能。

进一步，所述定向牵引卷扬系统2和牵引绳索3，以及所述尾部导向约束机构7和尾部导向约束绳索8均为两组，分别设置在电池阵转移导轨4的前方两侧和后方两侧。

一种平流层浮空器太阳能电池阵的整体集成拼装方法，采用上述平流层浮空器太阳能电池阵的整体集成拼装设备，包括以下步骤：(1)将基础位置的电池模块集成安装工装6平铺于操作区域，根据基础位置的电池模块集成安装工装6上设置的单元网格阵列，完成太阳能电池阵5的拼装；(2)将电池阵转移导轨4架设在平流层浮空器本体1和基础位置的电池模块集成安装工装6之间，将定向牵引卷扬系统2和尾部导向约束机构7分别架设于电池阵转移导轨4的前方两侧和后方两侧，将牵引绳索3和尾部导向约束绳索8分别与拼装后的太阳能电池阵5进行连接固定；(3)启动牵引卷扬系统2和尾部导向约束机构7，将太阳能电池阵5由基础位置的电池模块集成安装工装6整体牵引至平流层浮空器本体1上表面的既定安装位置；(4)将太阳能电池阵5和平流层浮空器本体1进行固定连接和电连接；(5)移除牵引绳索3和尾部导向约束绳索8。

进一步，上述方法中还包括如下步骤:(4.1)对固定连接后的太阳能电池阵的整体特性进行检测，如不符合要求，则将太阳能电池阵5由既定安装位置反向牵引至基础位置的电池模块集成安装工装，检查太阳能电池阵5的每个电池模块并对故障进行排除，跳转至步骤(3)。

本发明一种平流层浮空器太阳能电池阵的整体集成拼装设备与方法，一是通过基础位置的电池模块集成安装工装，通过标记的编号进行序号化位置管理，实现了太阳能电池阵在地面的快速、精准集成拼装，有效提高了电池阵列的集成拼装速度，提高生产效率与质量，避免了传统方法中需要大规模吊挂及安装装置、需要较大操作空间及人员高空作业的弊端。二是，通过采用可拼接式或折叠式的电池模块集成安装工装、可充气式电池阵转移导轨，以及移动式可升降的定向牵引卷扬系统，不仅可适用于不同尺寸型号的平流层浮空器，还有利于本装置的收纳，占用空间小，便于转场、运输和快速搭建。

附图说明

图1是本发明一种平流层浮空器太阳能电池阵的整体集成拼装设备的整体结构主视图；

图2是本发明一种平流层浮空器太阳能电池阵的整体集成拼装设备的整体结构侧视图。

具体实施方式

以下结合附图1，进一步说明本发明一种平流层浮空器太阳能电池阵的整体集成拼装设备与方法的具体实施方式。本发明一种平流层浮空器太阳能电池阵的整体集成拼装设备与方法不限于以下实施例的描述。

实施例1：

本实施例给出一种平流层浮空器太阳能电池阵的整体集成拼装设备与方法的具体结构。

一种平流层浮空器太阳能电池阵的整体集成拼装设备，包括基础位置的电池模块集成安装工装6、太阳能电池阵转移导轨4、定向牵引卷扬系统2及牵引绳索3、尾部导向约束机构7及尾部导向约束绳索8。

其中，所述基础位置的电池模块集成安装工装6上设有单元网格阵列，单元网格阵列的每个网格对应太阳能电池阵5的一个电池模块，用于开展太阳能电池阵5的拼装。作为一种具体实施方式，所述基础位置的电池模块集成安装工装6为硬质平板状结构，由多个单独的单元网格或多个单元网格组(单元网格组是指一个包含多个单元网格的独立拼接模块)拼接而成，每个单元网格具有独立的编号，与太阳能电池阵5的一个电池模块对应。作为另一种具体实施方式，所述基础位置的电池模块集成安装工装为一个整体的可折叠的柔性塑料膜结构(例如塑料布)，上表面标记为多个单元网格，每个单元网格标记有独立的编号。通过对单元单元网格的标注，可以使得集成拼装过程中，电池阵各模块间串并联结构更加清晰，避免工人出现安装错误。同时，采用柔性结构及拼接结构，可以使本工装可以随时收折分解，便于转场运输。

所述电池阵转移导轨4的一端靠近平流层浮空器本体1的上表面，另一端靠近基础位置的电池模块集成安装工装6的一侧，作为太阳能电池阵5转移时的导引轨道，用于实现拼装后的太阳能电池阵5由基础位置的电池模块集成安装工装6向平流层浮空器本体1的上表面进行转移。作为一种具体的实施方式，所述电池阵转移导轨4为充气结构，顶部设有用于搭载拼装后的太阳能电池阵5由基础位置的电池模块集成安装工装6向平流层浮空器本体1的上表面进行转移的凹槽，以避免太阳能电池阵5在转移过程中出现偏移。

所述定向牵引卷扬系统2及牵引绳索3，用于拖拽拼装后的太阳能电池阵5，使其由基础位置的电池模块集成安装工装6向平流层浮空器本体1的上表面进行转移。作为一种具体的实施方式，所述定向牵引卷扬系统2包括可移动底座，所述可移动底座可以采用车载形式。所述底座上设有升降台，升降台顶端设有卷扬机构，所述牵引绳索3通过卷扬机构进行收放。升降台的升降高度和卷扬机构的收放速度均可控，便于根据电池阵的转移进程进行适当的调整。作为另一种具体的实施方式，所述定向牵引卷扬系统2也可采用固定式结构。

所述尾部导向约束机构7及尾部导向约束绳索8，用于保持拼装后的太阳能电池阵5由基础位置的电池模块集成安装工装6向平流层浮空器本体1的上表面进行转移时的稳定。作为一种具体的实施方式，所述尾部导向约束机构7为电机驱动的绞盘结构，尾部导向约束绳索8通过绞盘结构进行收放；所述尾部导向约束机构7具有恒定扭矩输出功能。主要用于控制太阳能电池阵5在转移过程中的相对位置，尤其是相对电池阵转移导轨4两侧边沿的位置，避免太阳能电池阵5在转移过程中出现较大偏斜时而使太阳能电池阵5整体或局部从电池阵转移导轨4上掉落。

在本实施例中，所述定向牵引卷扬系统2和牵引绳索3，以及所述尾部导向约束机构7和尾部导向约束绳索8均为两组，分别设置在电池阵转移导轨4的前方两侧和后方两侧。当然也可以采用1组或3组以上的其它方式。通过地面集成工装的序号化位置管理，可以很便捷的实现电池模块的快速准确安装；通过定向牵引的方法可使太阳能电池阵获得整体转移，通过转移导轨和尾部导向约束，可以使整个转移过程有序、平稳。该方案可有效避免电池模块或电池阵在艇体顶部直接安装时流程复杂、周期偏长、可靠性难以保证等问题，可在保证电池阵安装质量的前提下，有效缩短平台集成所需的时间。

实施例2：

本实施例给出一种平流层浮空器太阳能电池阵的整体集成拼装方法，采用实施例1中所述平流层浮空器太阳能电池阵的整体集成拼装设备，含以下步骤：

(1)将采用膜类材料制作的基础位置的电池模块集成安装工装6平铺于操作区域，根据基础位置的电池模块集成安装工装6上设置的单元网格阵列，按照太阳能电池阵5的设计图纸，完成太阳能电池阵5的拼装；具体的，按照既定的设计方案在其上进行电池阵安装框架的布置、线缆的布置以及电池模块位置的摆放。摆放之后进行电池串的串联，测量无误后进行电池串之间的并联，形成太阳能电池阵5。

(2)进行步骤(1)的同时，将电池阵转移导轨4进行充气并架设在平流层浮空器本体1和基础位置的电池模块集成安装工装6之间，将定向牵引卷扬系统2和尾部导向约束机构7分别架设于电池阵转移导轨4的前方两侧和后方两侧，将牵引绳索3和尾部导向约束绳索8分别与拼装后的太阳能电池阵5的前端、后端进行连接固定；与此同时，测量太阳能电池阵5的整体电性能特性并记录。

(3)按照设定的速度调整好定向牵引卷扬系统2和尾部导向约束机构7的相关工作参数，启动牵引卷扬系统2和尾部导向约束机构7，将太阳能电池阵5由基础位置的电池模块集成安装工装6整体牵引至平流层浮空器本体1上表面的既定安装位置；牵引过程中实时注意太阳能电池阵5的移动情况，如有局部偏斜，及时调整。

(4)太阳能电池阵5整体迁移至指定位置后，对太阳能电池阵的整体特性进行检测，并与步骤(2)的记录进行对比，如果一致或接近，继续下一步骤。如果存在问题，按照上述步骤的逆向方式将太阳能电池阵5牵引至基础位置的电池模块集成安装工装6上，检查相关模块并进行替换。

(5)将太阳能电池阵5和平流层浮空器本体1进行固定连接和电连接。

(6)移除牵引绳索3和尾部导向约束绳索8。

(7)拆解并移除相关设备。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种平流层浮空器太阳能电池阵的整体集成拼装设备，其特征在于：包括基础位置的电池模块集成安装工装、太阳能电池阵转移导轨、定向牵引卷扬系统及牵引绳索；其中，

所述基础位置的电池模块集成安装工装上设有单元网格阵列，单元网格阵列的每个网格对应太阳能电池阵的一个电池模块，用于开展太阳能电池阵的拼装；

所述电池阵转移导轨，用于实现拼装后的太阳能电池阵由基础位置的电池模块集成安装工装向平流层浮空器本体的上表面进行转移；以及

所述定向牵引卷扬系统及牵引绳索，用于拖拽拼装后的太阳能电池阵，使其由基础位置的电池模块集成安装工装向平流层浮空器本体的上表面进行转移。

2.根据权利要求1所述的平流层浮空器太阳能电池阵的整体集成拼装设备，其特征在于：还包括尾部导向约束机构及尾部导向约束绳索，用于保持拼装后的太阳能电池阵由基础位置的电池模块集成安装工装向平流层浮空器本体的上表面进行转移时的稳定。

3.根据权利要求2所述的平流层浮空器太阳能电池阵的整体集成拼装设备，其特征在于：所述基础位置的电池模块集成安装工装为硬质平板状结构，由多个单独的单元网格或多个单元网格组拼接而成，每个单元网格标记有独立的编号；或者，所述基础位置的电池模块集成安装工装为可折叠的柔性塑料膜结构，上表面标记为多个单元网格，每个单元网格标记有独立的编号。

4.根据权利要求3所述的平流层浮空器太阳能电池阵的整体集成拼装设备与方法，其特征在于：所述电池阵转移导轨为充气结构，顶部设有用于搭载拼装后的太阳能电池阵由基础位置的电池模块集成安装工装向平流层浮空器本体的上表面进行转移的凹槽。

5.根据权利要求4所述的平流层浮空器太阳能电池阵的整体集成拼装设备，其特征在于：所述定向牵引卷扬系统包括可移动底座，所述底座上设有升降台，升降台顶端设有卷扬机构，所述牵引绳索通过卷扬机构进行收放。

6.根据权利要求5所述的平流层浮空器太阳能电池阵的整体集成拼装设备与方法，其特征在于：所述尾部导向约束机构为电机驱动的绞盘结构，尾部导向约束绳索通过绞盘结构进行收放；所述尾部导向约束机构具有恒定扭矩输出功能。

7.根据权利要求6所述的平流层浮空器太阳能电池阵的整体集成拼装设备，其特征在于：所述定向牵引卷扬系统和牵引绳索，以及所述尾部导向约束机构和尾部导向约束绳索均为两组，分别设置在电池阵转移导轨的前方两侧和后方两侧。

8.一种平流层浮空器太阳能电池阵的整体集成拼装方法，采用权利要求2至7中任一权利要求所述平流层浮空器太阳能电池阵的整体集成拼装设备，其特征在于：包括以下步骤：

(1)将基础位置的电池模块集成安装工装平铺于操作区域，根据基础位置的电池模块集成安装工装上设置的单元网格阵列，完成太阳能电池阵的拼装；

(2)将电池阵转移导轨架设在平流层浮空器本体和基础位置的电池模块集成安装工装之间，将定向牵引卷扬系统和尾部导向约束机构分别架设于电池阵转移导轨的前方两侧和后方两侧，将牵引绳索和尾部导向约束绳索分别与拼装后的太阳能电池阵进行连接固定；

(3)启动牵引卷扬系统和尾部导向约束机构，将太阳能电池阵由基础位置的电池模块集成安装工装整体牵引至平流层浮空器本体上表面的既定安装位置；

(4)将太阳能电池阵和平流层浮空器本体进行固定连接和电连接；

(5)移除牵引绳索和尾部导向约束绳索。

9.根据权利要求8所述的平流层浮空器太阳能电池阵的整体集成拼装方法，其特征在于：所述步骤(4)和(5)之间还包括如下步骤：

(4.1)对固定连接后的太阳能电池阵的整体特性进行检测，如不符合要求，则将太阳能电池阵5由既定安装位置反向牵引至基础位置的电池模块集成安装工装，检查太阳能电池阵5的每个电池模块并对故障进行排除，然后跳转至步骤(3)。