CN109703795B - 平流层探针 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平流层探针，包括：底座和平流层平台；核心筒，核心筒设置于底座上；外围结构，位于核心筒外侧，承受主体结构的侧向荷载；气囊，填充结构内部空腔和/或包裹于构件外，以产生浮力平衡结构部分自重；连接构件，连接核心筒与外围结构。该平流层探针设计考虑风荷载的影响，符合结构的实际工作环境，可以为高层大气研究提供基础，也可以为传输通讯信号和放飞飞行器提供较好的条件。

Description

平流层探针

技术领域

本发明涉及空间技术领域，特别涉及一种平流层探针。

背景技术

空间地球科学、空间物理、天文观测等领域的长期观测和试验需要尽量减小地球大气层的影响。部分宇宙射线的粒子只有在一定海拔高度以上才能够观测到，同时在高空也可以避免天气因素对观测的影响。目前的临近空间观测平台基本为各类高空飞行器，观测时间较短，并且难以保持稳定的观测条件。

建设平流层探针等固定式的临近空间观测平台将为空间探测与高空研究提供特殊的、新型的、高性价比平台。基于平流层探针开展上述空间科学研究，对于这些领域取得重大科学突破具有重要的意义。

微重力实验主要通过高空自由落体实现，超高建筑将提供较长的自由落体时间，对于微重力和生命科学等领域的长期观测和试验提供重要的设备支持。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种平流层探针，该平流层探针为高层大气研究和微重力研究等提供基础，也可以为传输通讯信号和放飞飞行器提供较好的条件。

为达到上述目的，本发明实施例提出了一种平流层探针，包括：底座和平流层平台；核心筒，所述核心筒设置于所述底座上；外围结构，位于所述核心筒外侧，承受主体结构的侧向荷载；气囊，填充结构内部空腔和/或包裹于构件外，以产生浮力平衡结构部分自重；连接构件，连接所述核心筒与所述外围结构。

本发明实施例的平流层探针，基于已有并在实际建筑结构中使用的FRP材料进行设计，考虑风荷载的影响，并利用主动控制技术减小核心筒的振动和位移，还设计有气囊，气囊中低密度气体的质量可以调节，根据情况改变结构不同部分所受的浮力，从而在一定程度上调节结构受力情况，有利于结构稳定和正常工作。

另外，根据本发明上述实施例的平流层探针还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：设置于所述底座上的多根外立柱，所述多根外立柱之间通过多根环形连接梁相连；多根斜拉杆，所述多根斜拉杆设置于所述多根外立柱之间，增强所述多根外立柱与所述环形连接梁形成的框架结构的刚度；多根连接杆，所述多根连接杆连接所述核心筒与所述多根外立柱；构件内气囊，存在于所述构件内部的空腔中，用于产生浮力以平衡结构部分自重；构件外气囊，由第一气囊和第二气囊组成。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：外筒，在预设高度下所述外筒的外侧存在连接所述外筒的外壳；第三气囊，所述第三气囊位于所述核心筒与所述外筒之间，以产生浮力平衡结构部分自重；多层细索网，用于约束所述第三气囊的位置，并传递浮力至所述主体结构；多条车幅式拉索，所述多条车幅式拉索连接所述核心筒与所述外筒。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：斜拉索，所述斜拉索连接所述主体结构与地面以承受部分侧向荷载。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第一气囊和所述第二气囊均由刚性气囊骨架支撑，用于产生浮力以平衡结构部分自重，所述第二气囊的横截面为圆形，所述第一气囊横截面为流线型。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：滑轨，所述滑轨设置于所述气囊骨架与所述构件之间，以使所述气囊骨架绕所述构件轴线旋转。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：主动控制装置，用于调节所述多根连接杆的长度与刚度和/或所述多条车幅式拉索的长度，以在外力作用下减小所述核心筒的振动与位移。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述外筒的所述外壳为非承重构件，形状为流线型减小结构整体所受风荷载，所述外壳通过旋转机构围绕所述外筒进行旋转。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述气囊内存在低密度气体，所述低密度气体的质量根据当前所处位置所受浮力进行调节，所述低密度气体包括氦气。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述核心筒和所述多根外立柱采用轻质高强度材料结合钢材制作结构区段。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例平流层探针的结构示意图；

图2为根据本发明实施例平流层探针的第一种结构形式的立面图与纵剖面图；

图3为根据本发明实施例平流层探针的第一种结构形式的横剖面图；

图4为根据本发明实施例平流层探针的核心筒的横剖面图；

图5为根据本发明实施例平流层探针的核心筒与第一种结构形式的外立柱的纵剖面图；

图6为根据本发明实施例平流层探针的第一种结构形式的外立柱横剖面图；

图7为根据本发明实施例平流层探针在非圆形截面构件上安装流线型气囊外壳时的截面图；

图8为根据本发明实施例平流层探针在圆形截面构件上安装流线型气囊外壳时的截面图；

图9为根据本发明实施例平流层探针的非圆形截面构件外围的流线型截面气囊布置图；

图10为根据本发明实施例平流层探针的圆形截面构件外围的流线型截面气囊布置图；

图11为根据本发明实施例平流层探针的第二种结构形式主要承力构件图；

图12为根据本发明实施例平流层探针的第二种结构形式包含外部可动围护结构时的结构示意图；

图13为根据本发明实施例平流层探针的第二种结构形式的横截面图。

图14为根据本发明实施例平流层探针的第二种结构形式的纵截面图；

图15为根据本发明实施例平流层探针的第二种和第三种结构形式的外筒的细节示意图；

图16为根据本发明实施例平流层探针的第三种结构形式的整体结构示意图；

图17为根据本发明实施例平流层探针的第三种结构形式的塔体图；

图18为根据本发明实施例平流层探针的第三种结构形式的辅助索示意图；

图19为根据本发明实施例平流层探针的第三种结构形式塔体的横截面图；

图20为根据本发明实施例平流层探针的第三种结构形式塔体的纵截面图。

附图说明：101-平流层平台、102-核心筒、103-外立柱、104-连接杆、105-斜拉杆、106-底座、107-环形连接梁、108-构件外气囊、1021-核心筒外墙、1022-核心筒内墙、1023核心筒纵向肋、1024-核心筒横向肋、1025电梯井或实验井、1026-构件内气囊、1081-第一气囊骨架、1082-第二气囊骨架、1083-第一滑轨、1084–第二气囊、1085-第一气囊、1086-第二滑轨、203-外筒、204-第三气囊、205-车幅式拉索、206-轻型骨架、207-外壳、208-过渡段外壳、209-细索网、210-第三滑轨、2031-斜交网格杆、2032-水平环形梁、301-斜拉索、302-面内辅助索、303-面外辅助索。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明实施例平流层探针顶端高度在海拔20km左右，由于可以建设在海拔4km左右的高原上，结构高度能够缩减到16km左右。但是要使结构达到16km高度要求结构材料除常规建筑材料外还需要使用其他强度大，密度小的材料，还要尽量采用其他技术手段尽可能减小自重荷载。新型的碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastic，简称CFRP，属于FRP材料的一种)抗拉强度和抗压强度均可达1600MPa以上，相对密度在1.5～2.0之间，碳纤维是性能优异的轻质高强材料，也可以利用于建筑，在节点部分可以考虑金属连接件。减轻自重荷载可以利用空气浮力，通过在构件中填充氦气等低密度气体实现，部分构件采用流线型截面的外壳减小风带来的风荷载。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的平流层探针。

图1是本发明一个实施例的平流层探针结构示意图。

如图1所示，该平流层探针10包括：底座106、平流层平台101、核心筒102，外围结构100、气囊200和连接构件300。

其中，核心筒102设置于底座上。外围结构100位于核心筒外侧，承受主体结构的侧向荷载。气囊200填充结构内部空腔和/或包裹于构件外，以产生浮力平衡结构部分自重。连接构件300连接核心筒与外围结构。该平流层探针10的设计考虑到风荷载的影响，符合结构的实际工作环境，可以为高层大气研究提供基础，也可以为传输通讯信号和放飞飞行器提供较好的条件。

进一步地，气囊内存在低密度气体，低密度气体的质量根据当前所处位置所受浮力进行调节，低密度气体包括氦气。

可以理解的是，在本发明的实施例中，外围结构100、气囊200和连接构件300有多种形式存在，在具体实施例中详细介绍。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：设置于底座上的多根外立柱103，多根外立柱之间通过多根环形连接梁107相连；多根斜拉杆105，多根斜拉杆设置于多根外立柱103之间，增强多根外立柱103与环形连接梁107形成的框架结构的刚度；多根连接杆104，多根连接杆连接核心筒102与多根外立柱103；构件内气囊1026，存在于构件内部的空腔中，用于产生浮力以平衡结构部分自重；构件外气囊108，由第一气囊1085和第二气囊1084组成。

可以理解的是，第一气囊1085和第二气囊1084的安装位置根据具体实施例的情况而定。

进一步地，在本发明的一个实施例中，第一气囊1085和第二气囊1084均由刚性气囊骨架支撑，用于产生浮力以平衡结构部分自重，第二气囊1084的横截面为圆形，第一气囊1085横截面为流线型。

进一步地，在本发明的一个实施例中，非圆形截面的部分杆状构件外围包裹第二气囊1084，在第二气囊1084外围包裹第一气囊1085。而圆形截面杆件外围仅包裹第一气囊1085或者不包裹任何气囊。并且第一气囊1085和第二气囊1084分别由第一气囊骨架1081和第二气囊骨架1082支撑，第二气囊1084的横截面为圆形，第一气囊1085横截面为流线型。

其中，第一气囊1085和第二气囊1084的低密度气体的质量根据当前所处位置所受浮力进行调节，低密度气体包括氦气，利用位于构件内部空腔或者包裹在构件外的充有氦气等低密度气体的气囊产生的浮力平衡结构部分自重。

可以理解的是，部分非圆形截面的杆状构件采用外部包裹双层气囊，内层和外层气囊均由刚性气囊骨架支撑，内侧的第二气囊横截面为圆形，外侧的第一气囊横截面为流线型。第一气囊骨架和第二气囊骨架之间为第一滑轨，可以让第一气囊骨架绕构件轴线旋转。在强风作用下，外侧的第一气囊可以在控制下转动到风阻最小的角度，而内侧的第二气囊始终不动。对于圆形的杆状构件则没有内侧的第二气囊，第一气囊骨架直接连接在构件表面的滑轨上。

进一步地，在本发明的一个实施例中，核心筒和多根外立柱采用轻质高强度材料结合钢材制作结构区段。结构主体部分可采用FRP、碳纤维等轻质高强度材料结合钢材等制作结构区段，区段间可采用钢材等金属材料组成的连接件装配式相连，底座和基础部分可使用钢筋混凝土或者钢结构。

进一步地，在本发明的实施例中，核心筒102设置有运输井与管道，以使得运输组件采用机械或者电磁力原理进行爬升，且在电梯井的侧壁设置有刹车轨道。

其中，核心筒102内存在电梯井、进行无重力实验的实验竖井与其他管道，电梯为自带动力装置的自爬升式电梯，采用机械或者电磁力原理进行爬升，电梯上的安全装置可以在紧急情况下抓住电梯井侧壁的刹车轨道。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：外筒203，在预设高度下外筒203的外侧存在连接外筒的外壳207；第三气囊204，第三气囊位于核心筒102与外筒203之间，以产生浮力平衡结构部分自重；多层细索网209，用于约束第三气囊204的位置，并传递浮力至主体结构；多条车幅式拉索205，多条车幅式拉索连接核心筒102与外筒203。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：斜拉索301，斜拉索301连接主体结构与地面以承受部分侧向荷载。

具体地，斜拉索设置在外筒的外侧连接地面，来承受主体结构的部分荷载。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：滑轨，滑轨设置于气囊骨架与构件之间，以使气囊骨架绕构件轴线旋转。

可以理解的是，滑轨有多种结构形式，主要是设置在气囊骨架与构件之间，以使气囊骨架可以绕构件轴线旋转，在下面具体实施例中将介绍三种滑轨的形式。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：主动控制装置，用于调节多根连接杆的长度与刚度和/或多条车幅式拉索的长度，以在外力作用下减小核心筒的振动与位移。

需要说明的是，在本发明的实施例中，连接杆刚度较大，在核心筒与外筒间传递拉力或压力，主动控制装置可以调节连接杆的长度和刚度，而车幅式拉索刚度小，通过对称地张拉约束核心筒的位置，主动控制装置只调节车幅式拉索的长度。

综上，本发明实施例的平流层探针有三种结构形式，其考虑横向风荷载对结构的影响，具有较大的侧向刚度，在各类荷载共同作用下保证结构安全与正常工作。

需要说明的是，平流层探针顶部的海拔高度约20km，位于平流层，在此处发射航天器可以减小燃料携带量，降低航天成本，并且可使无重力实验竖井的长度达到数千米以上，实验物可进行较长时间的自由落体，在较长时间中模拟无重力环境，属于科研与航天器发射的基础设施。本发明的实施例采用已广泛应用于建筑工程的材料，包括但不限于钢材、混凝土、纤维增强复合材料，建造主体结构，并在结构中利用位于构件内部空腔或者包裹在构件外的充有氦气等低密度气体的气囊产生的浮力平衡结构部分自重，还结合实际地点的真实风速测量数据考虑了结构抗风的能力，部分构件的外壳或结构整体的外壳为流线型截面，且外壳部分可以旋转，在定向风作用下可转动到有利于减小结构所受的风荷载的位置，结构中部分连接杆或者车幅式拉索以及连接节点采用主动控制装置减小核心筒的振动和位移。

下面通过具体实施例对本发明实施例的平流层探针的三种结构形式进行详细说明。

如图2-3所示，本发明实施例的第一种结构形式，采用的是巨型构件。主要组成部分为平流层平台101，核心筒102，多根外立柱103，连接外立柱与核心筒的连接杆104，连接各个外立柱的环形连接梁107，增强外立柱与环形连接梁形成的框架结构刚度稳定性的斜拉杆105，底座106，包裹在连接杆和环形连接梁等外的构件外气囊108。核心筒102与外立柱103均为巨型构件，截面为圆形或者其他适宜形状，如图4和图5所示，为核心筒102的横截面，纵截面。其中，核心筒102有双层或者多层墙，以双层墙方案为例，包含核心筒外墙1021和核心筒内墙1022，内外墙间通过核心筒横向肋1024与核心筒纵向肋1023连接，将内外墙间的空间分割为多个小空间，每个小空间中有构件内气囊1026，气囊中填充氦气等低密度气体。核心筒的中心部分有运输人员和货物的电梯井(井道布置根据具体情况确定，图中未标出)，以及进行无重力实验或者其他实验的实验井(井道布置根据具体情况确定，图中未标出)。图5-6显示外立柱的情况，外立柱除中心部位不布置井道外，其余构造与核心筒相同或者根据情况选择合适的形式。

如图4-图6所示，通气管通过这些内部分隔上预留的洞口将各构件内气囊1026连通，在控制系统的控制下，压缩机和通气管道可以调整内部气囊1026内的气体量，将构件内气囊1026中的轻质气体移动到其他位置，调节构件在某些区域受到的浮力，并且所有空腔均通过核心筒外墙和分隔上的通气道与大气连通，需要说明的是，图中未画出核心筒外墙1021、核心筒内墙1022、核心筒横向肋1024和核心筒纵向肋1023上的通气道以及可以控制气体流动方向的压缩机。

其中，当需要减小浮力时，控制系统可以将外围的气囊内的气体抽入内墙内侧的气囊，外围的气囊收缩，大气中的空气进入柱外围空腔，此段核心筒或外立柱所受的浮力将减小；需要增大浮力时，将中心气囊中压缩的轻质气体抽入外部气囊，外部气囊膨胀，空气从结构外围空腔排出，直到外围气囊填满结构内空腔，过程中核心筒或外立柱所受浮力增大。

如图7-9所示，连接构件如连接杆104和环形连接梁107外围存在依靠骨架支撑的流线型气囊外壳。其中，如图7所示，对于圆形截面构件，在外构件外间隔一定距离安装环形的第二滑轨1086，第一气囊骨架1081连接在第二滑轨1086上，使得第一气囊骨架1081的内侧可以在滑轨上移动，第一气囊骨架1081可以绕构件轴线旋转。如图8所示，对于非圆形截面构件，存在位于内侧的圆形的第二气囊，通过内侧的第二气囊骨架1082支撑，内侧第二气囊骨架1082固定在构件上。环形的第一滑轨1083安装在内侧的第二气囊骨架1082上，使位于外侧的第一气囊骨架1081可以绕构件轴线旋转。其他部件与圆形截面构件相同。当风作用在有流线型气囊外壳的构件上时，外侧的第一气囊骨架1081可以通过控制与驱动装置在滑轨上旋转，使这一段构件外壳转动到风荷载最小的角度。

其中，连接杆104上有主动控制装置(图中未画出)。每个连接杆上的主动控制装置可以根据传感器收集的信息，根据在控制算法的计算结果在一定程度上调节连接杆104的长度和刚度。在强风作用下，外围结构(外立柱围成的筒体结构)会产生较大的位移或振动，主动控制装置可以通过及时改变连接杆104的长度与刚度减小核心筒102受到的侧向力和振动作用，使核心筒102的位移和振动尽量小。

如图11-15所示，为本发明具体实施例的第二种结构形式，其中，图11显示的是不包括外部围护结构的部分，图12是显示外围围护结构的示意图，图13为根据本发明实施例平流层探针的第二种结构形式的横截面图，图14为根据本发明实施例平流层探针的第二种结构形式的纵截面图，图15为外筒的细节示意图。本发明实施例的第二种结构形式采用筒体结构体系，主要组成部分为平流层平台101、核心筒102、外筒203，连接外筒203与核心筒102的连接杆104或者车幅式拉索205，其中，本发明实施例中的外筒为斜交网格外筒，斜交网格外筒由斜交网格杆2031和水平环形梁2032组成。如图13所示，在斜交网格外筒外侧一定高度以下还有一层起保护气囊与改善结构气动外形作用的外壳207包围整个结构体，由轻型骨架206支撑而在横截面方向呈现流线型。其中，高处不设置外壳的主要原因是为了控制高处的受风面积，减小风荷载。

进一步地，结构底部存在外壳207的区段，如图13(a)所示的建筑横截面中，轻型骨架206连接在水平环形梁外侧的环形第三滑轨210上，每两个水平环形梁之间为一段外壳，每一段的外壳可以独立转动。当风作用在有外壳207的构件上时，轻型骨架206可以通过控制与驱动装置在滑轨上旋转，使某一段外壳207转动到风荷载最小的角度。此区段由于存在外壳207的保护所以内侧可布置大量气囊。外筒和内筒间的空间由众多划分成单元的第三气囊204填充。每一个区段的第三气囊204被细索网209固定，气囊的浮力传递到细索网209上，细索网209再将浮力传递到主体结构上，如图14(a)所示。

进一步地，较高位置不设置外壳207的区段，建筑物横截面如图13(b)所示，建筑物纵截面如图14(b)所示。

其中，车幅式拉索205上有主动控制装置(图中未画出)。每个车幅式拉索205上的主动控制装置可以根据传感器收集的信息，根据控制算法的计算结果在一定程度上调节车幅式拉索205的长度。在强风作用下，外筒可能会产生较大的位移或者振动，此时主动控制装置可以通过及时改变车幅式拉索205的长度减小核心筒的位移和振动。

如图16所示，为本发明实施例平流层探针的第三种结构形式，采用的是筒中筒+斜拉索的结构形式，在结构形式二的基础上设置了斜拉索301。

其中，筒中筒结构的塔身构造可以参照第二种结构形式。如图19所示，核心筒102为圆柱形筒体，外筒203为斜交网格外筒，由斜交网格杆2031和水平环形梁2032组成，核心筒102与外筒203通过车幅式拉索205连接。

如图17所示，外筒的外围在一定高度以下设有一层不承重的流线型外壳207，主要功能是保护外筒和核心筒之间布置的第三气囊204和改善结构气动外形。由于高空处空气密度下降，气囊产生浮力的效率降低，同时风荷载远大于地面，因此，外壳207在距地面适当高度处开始逐渐收拢到核心筒102，过渡区域的外壳称为过渡段外壳208，一定高度以上不设置第三气囊204和外壳207。

其中，4组斜拉索301与外筒203连接，相邻斜拉索的索面在水平面上的夹角为90°，用以稳定塔身，抵抗倾覆力矩。此方案中的斜拉索301类似于斜拉桥的拉索，为主要承力构件。

在斜拉索301上的适当位置，例如四分点，连接起稳定作用的辅助索302和303，用以约束斜拉索的横向振动。辅助索分两种：第一种横向辅助索布置在索面上，称为面内辅助索302，连接同一索面上任意相邻的两根斜拉索，约束斜拉索在索面内的横向振动，如图18(a)所示；第二种横向辅助索连接两个相邻的索面最外侧的斜拉索，称为面外辅助索303，约束斜拉索垂直于索面的横向振动，如图18(b)所示。

横向风荷载引起的水平剪力与倾覆弯矩主要由外筒203和斜拉索301承受，电梯、供电供水管道和实验设备等(图中未画出)主要布置于核心筒102中。核心筒102与外筒203通过车幅式拉索205连接，如图19，车幅式拉索205带有主动控制装置(图中未画出)，可以根据结构变形与受力情况及时改变车幅式拉索205的长度，减小核心筒102的位移与振动。

在筒体顶部设置有平流层平台101用以布置观测设备和生活设施，平流层平台101可由核心筒102支撑或者悬挂于核心筒102上。

在塔体存在外壳207或者过渡外壳208的区段，核心筒102和斜交网格外筒(外筒203)之间存在填充有氦气的第三气囊204，提供浮力，减轻结构自重对结构的影响，如图19(a)与图20(a)所示。第三气囊204由众多独立的单元气囊组成(图中未画出)，各个单元气囊连接到输气管道(图中未画出)，通过控制系统(图中未画出)可以调节氦气在结构中的分布。每隔一定高度设置细索网209，细索网209网住其下方的气囊，浮力传递给细索网209，再传递到主体结构上，如图20(a)所示。

对于不存在外壳207的区段，除了不布置第三气囊204和细索网209之外其余构造与存在外壳207的区段相同，如图19(b)与图20(b)。

外壳207通过轻型骨架206支撑，连接到斜交网格外筒的水平环形梁2032，如图19(a)。在轻型骨架206与水平环形梁2032的连接部位布置有第三滑轨210等构件，使外壳207可以绕外筒203旋转，但是在外壳开始收窄的过渡区域内可以考虑不设置转动装置。存在强风时可通过控制装置将外壳207旋转到一定角度，使得结构所受风荷载最小。

具体地，本发明实施例的第三种结构方式可考虑采用顶升法进行施工，在地面附近建设新区段，然后将已完成部分整体向上顶升一段距离，继续在原地进行下一区段的制作，整个施工过程中可通过已安装的拉索和支撑架保持上部结构的稳定。

进一步地，在本发明的实施例中，除了平流层探针的主体结构外，还需要设置多个分系统以保证使用功能和安全。具体分系统如下：

(1)机电分系统

机电系统包括电力系统、给排水系统、暖通系统和消防系统。平流层探针的机电系统主要布置于核心筒中，少部分探测器和配套的线路可布置在外壳上。给排水系统每隔一定高度设置水箱，逐级将水泵送到顶部观测平台，为研究人员提供生活和实验用水。暖通系统将空气加压，调节温度后压入电梯井和顶部平台，保证人员活动区域适宜的气压和温度。消防系统将设置独立于给排水系统的供水管路和储水装置，以及疏散人员的紧急通道，另外还有避雷系统，顶部平台与塔身上将相距一定距离安装避雷装置，以保护人员与设备的安全。

(2)垂直运输分系统

平流层探针使用的电梯为自爬升式电梯，动力装置安装在电梯厢体上，电梯井壁布置有轨道，电梯借助轨道向上爬升，轨道同时也为电梯提供电力。

(3)数据通讯与信息处理分系统

平流层探针的数据通讯与信息处理分系统主要负责将平流层探针上的科研观测装置产生的数据自动收集、整理后及时传递至研究站，并且可接受研究站的指令，使平流层探针可以在无人的状态下通过遥控进行观测工作。

同时数据通讯与信息处理分系统也负责实时收集平流层探针各处传感器收集的结构位移、速度、加速度以及风力的数据，快速计算结构当前的状态并向主动控制装置发出指令。

平流层探针将在核心筒内布置专门的数据线井，使用光纤避免信号受到干扰。根据本发明实施例提出的平流层探针，基于已有并在实际建筑结构中使用的FRP材料进行设计，考虑风荷载的影响，并利用主动控制技术减小中心部分的振动和位移，还设计有气囊，气囊中低密度气体的质量可以调节，根据情况改变结构不同部分所受的浮力，从而在一定程度上调节结构受力情况，符合结构的实际工作环境，有利于结构稳定和正常工作。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种平流层探针，其特征在于，包括：

底座和平流层平台；

核心筒，所述核心筒设置于所述底座上；

外围结构，位于所述核心筒外侧，承受主体结构的侧向荷载；

连接构件，连接所述核心筒与所述外围结构；

气囊，填充所述外围结构内部空腔和/或包裹于所述连接构件外，以产生浮力平衡结构部分自重；

所述外围结构包括设置于所述底座上的多根外立柱，所述多根外立柱之间通过多根环形连接梁相连；

多根斜拉杆，所述多根斜拉杆设置于所述多根外立柱之间，增强所述多根外立柱与所述环形连接梁形成的框架结构的刚度；

所述连接构件为多根连接杆，所述多根连接杆连接所述核心筒与所述多根外立柱；

所述气囊包括构件内气囊和构件外气囊；

所述构件内气囊，存在于所述构件内部的空腔中，用于产生浮力以平衡结构部分自重；

所述构件外气囊，由第一气囊和第二气囊组成。

2.根据权利要求1所述的平流层探针，其特征在于，所述第一气囊和所述第二气囊均由刚性气囊骨架支撑，用于产生浮力以平衡结构部分自重，所述第二气囊的横截面为圆形，所述第一气囊横截面为流线型。

3.根据权利要求2所述的平流层探针，其特征在于，还包括：

滑轨，所述滑轨设置于所述气囊骨架与所述构件之间，以使所述气囊骨架绕所述构件轴线旋转。

4.根据权利要求1所述的平流层探针，其特征在于，还包括：

主动控制装置，用于调节所述多根连接杆的长度与刚度，以在外力作用下减小所述核心筒的振动与位移。

5.根据权利要求1所述的平流层探针，其特征在于，所述气囊内存在低密度气体，所述低密度气体的质量根据当前所处位置所受浮力进行调节，所述低密度气体包括氦气。

6.根据权利要求1所述的平流层探针，其特征在于，

所述核心筒和所述多根外立柱采用轻质高强度材料结合钢材制作结构区段。

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