CN110780359A - 可回收探空仪、系统及回收方法 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种可回收探空仪。可回收探空仪包括：机体(1)，用于产生气动升力，机体(1)的升阻比大于第一预设值；尾翼舵面(2)，设置在机体(1)的尾部；飞行控制计算机(3)，设置在机体(1)上，用于根据探空仪与目标着陆点之间的方位信息及距离信息，计算尾翼舵面(2)的偏移量，根据偏移量控制尾翼舵面(2)，以使得探空仪的实际着陆点与目标着陆点之间的距离小于第二预设值，并使得探空仪的着陆速度小于第三预设值。本公开还提供了一种可回收探空仪系统及回收方法。
Description
技术领域
本公开涉及飞行控制领域，具体地，涉及一种可回收探空仪、系统及回收方法。
背景技术
探空系统主要由探空气球和探空仪组成，用于探测高空大气中任意高度上气象要素瞬时分布状况。探空气球携带探空仪从地面升至约30km高空，升空过程中探空仪实时探测空中的气温、气压、湿度、风向和风速等要素，并回传至地面接收设备。当探空气球上升到约30km高空时，膨胀到极限，在内压作用下炸毁破裂，探空仪掉落，单次探空过程结束。
探空仪下落过程中受到风的影响，其落地点完全随机，并且从高空掉落后，探空仪上的气象传感器可能会出现损坏。因此，目前，我国在探空过程结束后，并没有回收探空仪，产生大量的废弃探空仪。国外虽已展开探空仪回收工作，相关技术中为探空仪增加降落伞装置，待探空仪落地后通过定位进行回收。虽然可以减小气象传感器落地后损坏程度，但是仍然存在探空仪落地点较远难以回收的问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本公开鉴于上述问题，提供了一种可回收探空仪、系统及回收方法，以解决以上技术问题。
(二)技术方案
本公开提供了一种可回收探空仪，包括：机体，用于产生气动升力，所述机体的升阻比大于第一预设值；尾翼舵面，设置在所述机体的尾部；飞行控制计算机，设置在所述机体上，用于根据所述探空仪与目标着陆点之间的方位信息及距离信息，计算所述尾翼舵面的偏移量，根据所述偏移量控制所述尾翼舵面，以使得所述探空仪的实际着陆点与所述目标着陆点之间的距离小于第二预设值，并使得所述探空仪的着陆速度小于第三预设值。
可选地，所述探空仪连接至探空气球，所述飞行控制计算机根据所述偏移量控制所述尾翼舵面，包括：当所述探空仪与所述探空气球分离时，所述飞行控制计算机用于控制所述尾翼舵面，以使得所述探空仪进入滑行飞翔模式；当所述距离信息中的径向距离在第一预设范围内时，所述飞行控制计算机用于控制所述尾翼舵面，以使得所述探空仪进入盘旋下降模式；当所述距离信息中的高度距离在第二预设范围内时，所述飞行控制计算机用于控制所述探空仪进入缓降模式。
可选地，所述探空仪还包括：降落伞，当所述距离信息中的高度距离在第二预设范围内时，所述飞行控制计算机用于打开所述降落伞，以使得所述探空仪进入所述缓降模式。
可选地，所述飞行控制计算机还用于控制所述尾翼舵面，以使得所述探空仪进入所述缓降模式。
可选地，所述探空仪还包括：GPS，用于对所述实际着陆点进行定位，生成所述实际着陆点的位置信息。
可选地，所述探空仪还包括：气象传感器，设置在所述机体上，用于测量大气物理参数。
可选地，所述探空仪还包括：外壳，设置在所述机体外部，并与所述机体形成封闭空间，所述飞行控制计算机以及气象传感器)设置在所述封闭空间内。
本公开还提供了一种可回收探空仪系统，包括上述探空仪，所述可回收探空仪系统还包括探空气球、连接绳索以及切割器：所述连接绳索连接所述探空气球和探空仪；所述切割器设置在所述连接绳索上，当所述探空气球爆炸时，所述切割器用于切断所述连接绳索，以分离所述探空气球和探空仪。
本公开还提供了一种如上所述的探空仪的回收方法，包括：所述探空仪的飞行控制计算机根据所述探空仪与目标着陆点之间的方位信息及距离信息，计算所述探空仪的尾翼舵面的偏移量；所述飞行控制计算机根据所述偏移量控制所述尾翼舵面，以使得所述探空仪的实际着陆点与所述目标着陆点之间的距离小于第二预设值，并使得所述探空仪的着陆速度小于第三预设值。
可选地，所述飞行控制计算机根据所述偏移量控制所述尾翼舵面，包括：当所述探空仪与探空气球分离时，所述飞行控制计算机控制所述尾翼舵面，以使得所述探空仪进入滑行飞翔模式；当所述距离信息中的径向距离在第一预设范围内时，所述飞行控制计算机控制所述尾翼舵面，以使得所述探空仪进入盘旋下降模式；当所述距离信息中的高度距离在第二预设范围内时，所述飞行控制计算机控制所述探空仪进入缓降模式。
(三)有益效果
本公开提供的可回收探空仪、系统及回收方法，具有以下有益效果：
(1)采用高升阻比的机体、尾翼舵面，探空过程结束后，探空仪通过滑翔飞行返回探空气象站周边以回收，消除废弃探空仪对生态环境的影响；
(2)通过控制探空仪的落地范围和落地速度，避免探空仪伤害地面的人、动物、建筑物等，提高其使用安全性；
(3)通过使用硬质壳体保护探空仪内的气象传感器和飞行控制器，回收后的探空仪可重复使用，提高了探空仪的经济价值。
附图说明
图1示意性示出了本公开实施例提供的可回收探空仪的结构示意图；
图2示意性示出了本公开实施例提供的可回收探空仪系统的降落流程示意图；
图3示意性示出了本公开实施例提供的可回收探空仪系统的结构示意图；以及
图4示意性示出了本公开实施例提供的探空仪的回收方法的流程图。
附图标记说明：
1-机体；2-尾翼舵面；3-飞行控制计算机；4-降落伞；5-GPS；6-气象传感器；7-外壳；11-探空仪；12-探空气球；13-连接绳索；14-切割器。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
图1示意性示出了本公开实施例提供的可回收探空仪的结构示意图，参阅图1，结合图2，对该可回收探空仪进行详细说明。
可回收探空仪包括机体1、尾翼舵面2、飞行控制计算机3、降落伞4、全球定位系统(Global Positioning System，GPS)5、气象传感器6以及外壳7。
机体1用于产生气动升力，机体1的升阻比大于第一预设值，以保证机体1具有高升阻比。升阻比是探空仪飞行时升力与阻力之比，升阻比越大，探空仪的空气动力性能越好。第一预设值例如为10。本领域技术人员可以根据本公开实施例的描述得到其它第一预设值。
尾翼舵面2设置在机体1的尾部，用于控制探空仪的俯仰、偏航、倾斜以改变探空仪的飞行姿态，从而增强探空仪的飞行稳定性。尾翼舵面2例如为水平尾翼面、垂直尾翼面、V型尾翼面等。
飞行控制计算机3设置在机体1上，用于根据探空仪与目标着陆点之间的方位信息以及距离信息，计算尾翼舵面2的偏移量，根据该偏移量控制尾翼舵面2，以使得探空仪的实际着陆点与目标着陆点之间的距离小于第二预设值，并使得探空仪的着陆速度小于第三预设值。目标着陆点例如为探空气象站等。
本公开实施例中，机体1例如采用印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)制成，印制电路板的厚度例如为2mm，飞行控制计算机3、气象传感器6例如焊接在机体1之上。
GPS5用于对实际着陆点进行定位，以生成实际着陆点的位置信息，并将实际着陆点的位置信息发送至目标着陆点处的接收机，从而使得回收人员根据接收机接收到的位置信息前往实际着陆点回收探空仪。可以理解的是，本公开实施例中也可以利用铱星或其它定位系统代替GPS5进行定位。
气象传感器6设置在机体1上，用于测量大气物理参数。大气物理参数例如包括空中的气温、气压、湿度、风向和风速等。具体地，例如在探空仪与探空气球分离之前，气象传感器6测量大气物理参数，并将测得的大气物理参数发送至目标着陆点的接收设备等。
外壳7设置在机体1的外部，并与机体1形成封闭空间，例如与机体1的部分区域形成封闭空间，飞行控制计算机3、降落伞4、气象传感器6都被包围在该封闭空间内。探空仪在降落过程中，外壳7对飞行控制计算机3、气象传感器6等进行保护。外壳7例如为由尼龙材料制成的硬质外壳，重量轻。
本公开实施例中，飞行控制计算机3中存储有预先设置好的飞行控制程序，GPS5可以实时探测探空仪的GPS位置、姿态角度等，在探空仪降落过程中，飞行控制计算机3实时读取GPS5探测到的GPS位置、姿态角度等信息，并根据读取到的GPS位置、姿态角度等信息实时计算探空仪与目标着陆点之间的方位及距离等。参阅图2，探空仪连接至探空气球，飞行控制计算机3根据偏移量控制尾翼舵面2可以分为三个阶段：探空气球及探空仪到达最大高度，探空气球炸裂，此时探空仪与探空气球分离，飞行控制计算机3用于控制尾翼舵面2，以使得探空仪进入滑行飞翔模式；当探空仪与目标着陆点之间距离信息的径向距离在第一预设范围内时，飞行控制计算机3用于控制尾翼舵面2，以使得探空仪进入盘旋下降模式；当探空仪与目标着陆点之间距离信息的高度距离在第二预设范围内时，飞行控制计算机3用于控制探空仪进入缓降模式。
第一预设范围例如为1km，第二预设范围例如为100m，此情况下，探空仪与探空气球分离后，飞行控制计算机3控制尾翼舵面2的偏移量，以使得探空仪滑行飞翔，当探空仪进入以目标着陆点为圆心的1km半径范围内时，飞行控制计算机3控制尾翼舵面2的偏移量，以使得探空仪盘旋下降，当探空仪距离地面高度小于100m时，飞行控制计算机3控制探空仪进入进行缓降，从而使得探空仪以较低的速度落地，避免损坏探空仪，并且实际落地点与目标着陆点之间的距离较小，便于回收人员回收探空仪。本领域技术人员可以根据本公开的描述得到其它第一预设范围、第二预设范围的具体取值。
根据本公开的实施例，探空仪进入缓降模式可以包括以下两种情况：打开缓降设备(例如，降落伞4)进入缓降模式；不借助缓降设备，通过控制尾翼舵面2进入缓降模式。
具体地，当探空仪与目标着陆点之间距离信息的高度距离在第二预设范围内时，飞行控制计算机3控制打开降落伞4，以使得探空仪进入缓降模式(例如，滑翔着陆)。
可以理解的是，当探空仪与目标着陆点之间距离信息的高度距离在第二预设范围内时，还可以通过飞行控制计算机3控制尾翼舵面2，以使得探空仪采用滑翔着陆的方式进行着陆。
图3示意性示出了本公开实施例提供的可回收探空仪系统的结构示意图。参阅图3，对该可回收探空仪系统进行详细说明。
可回收探空仪系统包括图1-2所示实施例中的可回收探空仪11，此外，可回收探空仪系统还包括探空气球12、连接绳索13以及切割器14。连接绳索13连接探空气球12和探空仪11，切割器14设置在连接绳索13上，当探空气球12爆炸时，切割器14用于切断连接绳索13以分离探空气球12和探空仪11。
探空气球12内例如充有氢气或氦气，用于产生飞行所需的浮升力。切割器14例如为火工品切割器等，用于在探空过程结束后切断连接绳索13，从而使得探空仪11进入如图2所示的飞行过程。可以理解的是，也可以使用机械结构或电磁等分离器件代替上述切割器14。
可回收探空仪系统的工作过程为：释放探空气球，使其携带高升阻比的探空仪升空以执行探空任务；探空气球上升至其能承受的最大高度处，探空气球炸裂，探空任务结束，飞行控制计算机感知到下落加速度后，发出切割器作动指令，以切断探空气球与探空仪之间的连接绳索，使二者分离；探空仪与探空气球分离后，通过飞行控制计算机引导、利用尾翼舵面控制高升阻比探空仪的偏航和滚转，使得探空仪进入滑行飞翔模式，使其飞向目标着陆点(例如，探空气象站等初始放飞站点)；当探空仪进入以目标着陆点为圆心的第一预设范围半径内时，探空仪进入盘旋下降模式；当探空仪与地面高度在第二预设范围内时，探空仪进入缓降模式，使得探空仪以较低的速度落地；回收人员根据探空仪上的GPS定位前往实际着陆点回收探空仪。
图4示意性示出了本公开实施例中如图1-2所示探空仪的回收方法的流程图。参阅图4，该回收方法包括操作S410-S420。
在操作S410中，探空仪的飞行控制计算机根据探空仪与目标着陆点之间的方位信息及距离信息，计算探空仪的尾翼舵面的偏移量。
在操作S420中，飞行控制计算机根据偏移量控制尾翼舵面，以使得探空仪的实际着陆点与目标着陆点之间的距离小于第二预设值，并使得探空仪的着陆速度小于第三预设值。
根据本公开的实施例，飞行控制计算机根据偏移量控制尾翼舵面包括：当探空仪与探空气球分离时，飞行控制计算机控制尾翼舵面，以使得探空仪进入滑行飞翔模式；当距离信息中的径向距离在第一预设范围内时，飞行控制计算机控制尾翼舵面，以使得探空仪进入盘旋下降模式；当距离信息中的高度距离在第二预设范围内时，飞行控制计算机控制探空仪进入缓降模式。
根据本公开的实施例，飞行控制计算机控制探空仪进入缓降模式包括：飞行控制计算机控制打开降落伞，以使得探空仪进入缓降模式；或者飞行控制计算机控制尾翼舵面的偏移量，以使得探空仪进入滑翔着陆模式等。
综上所述，本公开提供的可回收探空仪、系统及回收方法，探空仪与探空气球分离后，可以控制探空仪以较低的速度平稳降落在距离气象探空站较近的范围内，在较低降落速度的基础上，结合外壳的保护，避免气象传感器、飞行控制器损坏，实现其回收利用，并且控制降落地点，减轻回收人员的回收负担以及成本。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种可回收探空仪，包括：
机体(1)，用于产生气动升力，所述机体(1)的升阻比大于第一预设值；
尾翼舵面(2)，设置在所述机体(1)的尾部；
飞行控制计算机(3)，设置在所述机体(1)上，用于根据所述探空仪与目标着陆点之间的方位信息及距离信息，计算所述尾翼舵面(2)的偏移量，根据所述偏移量控制所述尾翼舵面(2)，以使得所述探空仪的实际着陆点与所述目标着陆点之间的距离小于第二预设值，并使得所述探空仪的着陆速度小于第三预设值。
2.根据权利要求1所述的可回收探空仪，其中，所述探空仪连接至探空气球，所述飞行控制计算机(3)根据所述偏移量控制所述尾翼舵面(2)，包括：
当所述探空仪与所述探空气球分离时，所述飞行控制计算机(3)用于控制所述尾翼舵面(2)，以使得所述探空仪进入滑行飞翔模式；
当所述距离信息中的径向距离在第一预设范围内时，所述飞行控制计算机(3)用于控制所述尾翼舵面(2)，以使得所述探空仪进入盘旋下降模式；
当所述距离信息中的高度距离在第二预设范围内时，所述飞行控制计算机(3)用于控制所述探空仪进入缓降模式。
3.根据权利要求2所述的可回收探空仪，其中，所述探空仪还包括：
降落伞(4)，当所述距离信息中的高度距离在第二预设范围内时，所述飞行控制计算机(3)用于打开所述降落伞(4)，以使得所述探空仪进入所述缓降模式。
4.根据权利要求2所述的可回收探空仪，其中，所述飞行控制计算机(3)还用于控制所述尾翼舵面(2)，以使得所述探空仪进入所述缓降模式。
5.根据权利要求1所述的可回收探空仪，其中，所述探空仪还包括：
GPS(5)，用于对所述实际着陆点进行定位，生成所述实际着陆点的位置信息。
6.根据权利要求1所述的可回收探空仪，其中，所述探空仪还包括：
气象传感器(6)，设置在所述机体(1)上，用于测量大气物理参数。
7.根据权利要求6所述的可回收探空仪，其中，所述探空仪还包括：
外壳(7)，设置在所述机体(1)外部，并与所述机体(1)形成封闭空间，所述飞行控制计算机(3)以及气象传感器(6)设置在所述封闭空间内。
8.一种可回收探空仪系统，包括如权利要求1-7中任一项所述的探空仪，所述可回收探空仪系统还包括探空气球、连接绳索以及切割器，其中：
所述连接绳索连接所述探空气球和探空仪；
所述切割器设置在所述连接绳索上，当所述探空气球爆炸时，所述切割器用于切断所述连接绳索，以分离所述探空气球和探空仪。
9.一种如权利要求1-7中任一项所述的探空仪的回收方法，包括：
所述探空仪的飞行控制计算机(3)根据所述探空仪与目标着陆点之间的方位信息及距离信息，计算所述探空仪的尾翼舵面(2)的偏移量；
所述飞行控制计算机(3)根据所述偏移量控制所述尾翼舵面(2)，以使得所述探空仪的实际着陆点与所述目标着陆点之间的距离小于第二预设值，并使得所述探空仪的着陆速度小于第三预设值。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述飞行控制计算机(3)根据所述偏移量控制所述尾翼舵面(2)，包括：
当所述探空仪与探空气球分离时，所述飞行控制计算机(3)控制所述尾翼舵面(2)，以使得所述探空仪进入滑行飞翔模式；
当所述距离信息中的径向距离在第一预设范围内时，所述飞行控制计算机(3)控制所述尾翼舵面(2)，以使得所述探空仪进入盘旋下降模式；
当所述距离信息中的高度距离在第二预设范围内时，所述飞行控制计算机(3)控制所述探空仪进入缓降模式。
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