CN111470027A - 一种基于顶部可开合艇库直接发放飞艇的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于浮空器技术领域，提供了一种基于顶部可开合艇库直接发放飞艇的方法，将飞艇囊体平铺在顶部可开合的艇库地面上，依据飞艇发放尺寸及其系留点分布位置，调整艇库内系留装置的位置，确保放飞时飞艇囊体与艇库顶部可开合区域边线在地面上的投影间留有安全距离；将飞艇各系留点与系留装置通过系留绳连接；飞艇充气，调整各系留绳长度；检查飞艇和系留装置的状态；临近放飞前，各系留装置同步放出系留绳，飞艇升高至距艇库左右墙体顶部竖直距离为1‑10米时，艇库顶部开启；接收放飞指令，飞艇脱离系留绳携带载荷升空。本发明飞艇可在艇库内充气，并在艇库内直接放飞，飞艇发放的整体安全性大大提高，国内外尚无在艇库内直接发放飞艇先例。

Description

一种基于顶部可开合艇库直接发放飞艇的方法

技术领域

本发明属于浮空器技术领域，具体涉及飞艇艇库的发放方法。

背景技术

飞艇艇囊内部充入浮升气体，艇体具有推进和控制运动状态的动力机控制装置，艇囊下可携带悬挂吊舱，根据使用目的，搭载相应的载荷，可满足货物运输、高空观测、气象监测、观景娱乐、通讯组网等需求。目前，飞艇放飞常采用如下发放方式：一是在放飞地点利用地面锚泊装置将飞艇系留，进行充气放飞(方式一)。二是在艇库内对飞艇充气，再转运至艇库外的放飞地点进行放飞(方式二)。由于方式一易受地面风影响，发放条件受限，充气过程易发生事故等缺陷，因此，目前主要采用方式二进行飞艇发放。

方式二有以下两种方法，一是通过一体式的转运放飞平台转运放飞，例如专利申请CN107628222A中提及的一体桁架式装置；二是通过非一体式的转运放飞系统转运放飞，常通过多辆相互间分离的系留车或系留装置协同动作，将飞艇牵引转运至放飞位置进行转运放飞。对于一体式转运放飞的方式，受飞艇形体尺寸和结构特点影响，一旦飞艇尺寸超出平台调整范围，则需要对平台进行结构改造；而一体式平台普遍尺寸大，需要建设较宽的转运放飞道路，并且一体式平台行驶方向不易控制。对于非一体式转运放飞方式，对各分离牵引装置同步性要求严格，一旦各个牵引装置行进不同步，飞艇囊体就会承受额外的拉力，对飞艇囊体结构造成巨大威胁，甚至造成破坏，致使转运放飞失败。上述两种转运方式采用的设备较多，系统复杂，故障隐患点多，出现故障排查处理难度大，维护保养工作量大。

发明内容

为了克服现有飞艇发放方式针对飞艇发放时的缺陷，本发明解决方式一中易受地面风影响，发放条件受限，充气过程易发生事故的问题，同时解决方式二中使用转运放飞使飞艇囊体存在撕裂的风险的问题和使用的设备繁多，维护保养工作量大的问题。本发明提出了一种基于顶部可开合艇库直接发放飞艇的方法，该方法基于顶部可开合艇库，在艇库内直接发放飞艇，无需艇库内浮力转移和艇库外转运操作，降低了飞艇因转运产生的风险，减少了放飞流程，缩短了放飞时间，提高了发放效率。

本发明的具体技术方案是一种基于顶部可开合艇库直接发放飞艇的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、将飞艇囊体平铺在顶部可开合的艇库地面上，依据飞艇发放尺寸及其系留点分布位置，调整艇库内系留装置的位置，确保放飞时飞艇囊体与艇库顶部可开合区域边线在地面上的投影间留有安全距离；

进一步的，安全距离s可以用如下方法获取，

计算飞艇完全通过艇库顶部因风力导致的偏移量p，单位m

p＝r₀*v₀ ²*A*(H+h)/F (1)

其中，r₀是当地空气密度，kg/m³；v₀是风速，单位m/s；A是飞艇迎风侧截面积，单位m²；F是飞艇净升力，单位N；H是飞艇总高度，单位m；h是飞艇放飞时顶部距艇库左右墙体顶部的竖直距离，单位m；

则，安全距离s≥偏移量p即可；

若偏移方向与艇库左右墙体有夹角时，将偏移量p沿墙面方向和垂直墙面方向进行矢量分解，即可得出距离各墙的距离，以此确定飞艇囊体距各墙的安全距离。

进一步的，飞艇放飞时顶部距艇库左右墙体顶部的竖直距离h为5米时，开启艇库顶部将获得较好的放飞效果。

步骤2、将飞艇各系留点与系留装置通过系留绳连接，调整各系留绳长度；

步骤3、飞艇充气，根据飞艇充气状态，调整各系留绳长度；

步骤4、飞艇充气完成后检查飞艇和系留装置的状态；

步骤5、临近放飞前，各系留装置同步放出系留绳，飞艇升高至距艇库左右墙体顶部竖直距离为1-10米时，艇库顶部开启，等待放飞指令；

步骤6、接收放飞指令，解除系留绳，飞艇脱离系留绳携带载荷升空。

进一步的，解除系留绳可采用爆炸切割的方法。

进一步的，本发明顶部可开合的艇库，其顶部为一顶盖且分成两部分，其可沿滑轨分别向两侧移动露出顶部，每部分由多根钢骨架组成并覆盖固定有柔性防雨材料。

进一步的，本发明系留装置自带卷扬机，各台系留装置在控制系统控制下可同步或独自收放系留绳，系留绳同步延伸至艇库顶部以外，并通过自带卷扬机回收系留绳。

与现有发放技术相比，本发明有以下优点：

1)采用本发明方法的飞艇可在艇库内充气，并在艇库内直接放飞，飞艇发放的整体安全性大大提高，国内外尚无在艇库内直接发放飞艇先例。

2)减少飞艇艇库内向转运平台进行浮力转移和向艇库外放飞地点转运的步骤，降低飞艇因转运产生的风险，缩短放飞时间，提高放飞安全性，提高发放效率。

3)飞艇发放不需要转运放飞装置，也不需要再建设转运放飞道路，减少了设施建设，减少了维护保养工作量。

4)本发明具有良好的兼容性，飞艇充气后尺寸在安全边线内，即可在艇库内直接发放，减少因飞艇尺寸不同对转运放飞平台进行改造的环节。

附图说明

图1是本发明艇库顶部打开发放飞艇示意图；

图2是本发明艇库内飞艇系留示意图；

图3是本发明飞艇脱离系留绳后升空偏移示意图；

图4：飞艇飞出艇库自由升空示意图。

其中：1-艇库、12-艇库大门、13-艇库顶盖、14-顶盖滑轨、15-投影边线、2-系留装置、21-系留绳、3-飞艇、31-载荷、32-系留点、4-风向风速仪、5-测距仪。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的技术方案作进一步地描述。

步骤1、将飞艇囊体平铺在顶部可开合的艇库地面上，依据飞艇发放尺寸及其系留点分布位置，调整艇库内系留装置的位置，确保放飞时飞艇囊体与艇库顶部可开合区域边线在地面上的投影间留有安全距离；

艇库顶部开合区域范围在地面上投影边线是调整飞艇在艇库内位置的参考边线，用于调整飞艇从顶部飞出与艇库顶部及四周墙体之间的距离，因为飞艇上升过程中，通常都会受到风力作用，飞艇会沿风力作用方向偏移，因此需要使飞艇与艇库顶部及四周墙体留有安全距离，避免发生碰撞。因此首先需要确定出安全距离。

安全距离本领域技术人员依据专业知识可以通过各种方式获得，本发明给出一种较为便捷的获取方式。安全距离为s可以用如下方法获取，

首先计算飞艇完全通过艇库顶部因风力导致的偏移量p，单位m

p＝r₀*v₀ ²*A*(H+h)/F (1)

其中，r₀是当地空气密度，kg/m³；v₀是风速，单位m/s；A是飞艇迎风侧截面积，单位m²；F是飞艇净升力，单位N；H是飞艇总高度，单位m；h是飞艇放飞时顶部距艇库左右墙体顶部的竖直距离，单位m；

则，安全距离s≥偏移量p即可；

若偏移方向与艇库左右墙体有夹角时，将偏移量p沿墙面方向和垂直墙面方向进行矢量分解，即可得出距离各墙的距离，以此确定飞艇囊体距各墙的安全距离。

通过实际的试验测试得出，当飞艇放飞时顶部距艇库左右墙体顶部的竖直距离h为5米时，开启艇库顶部将获得较好的放飞效果。

本发明顶部可开合的艇库，其顶部为一顶盖且分成两部分，其可沿滑轨分别向两侧移动，每部分由多根钢骨架组成并覆盖固定有柔性防雨材料。

本发明系留装置自带卷扬机，各台系留装置在控制系统控制下可同步或独自收放系留绳，系留绳同步延伸至艇库顶部以外，并通过自带卷扬机回收系留绳。

步骤2、将飞艇各系留点与系留装置通过系留绳连接，调整各系留绳长度；

该步骤便于下一步飞艇充气和平衡各系留绳上的拉力，通过系留装置的卷扬机放出或收回系留绳的方式调整各系留绳至无紧绷状态，长度接近。

步骤3、飞艇充气，根据飞艇充气状态，调整各系留绳长度；

通过飞艇充气口，对飞艇进行充气，根据飞艇艇囊外形变化，通过系留装置的卷扬机放出或收回系留绳的方式来调整系留绳长度，避免出现某一条系留绳上拉力过大造成囊体损伤，同时用于调整飞艇姿态，使其处于可发放形态。

步骤4、飞艇充气完成后检查飞艇和系留装置的状态；

艇充完气后，成为地面系留状态。此时，需要对飞艇及系留装置进行全面检查，确保飞艇处于可发放的状态。

步骤5、临近放飞前，各系留装置同步放出系留绳，飞艇升高至距艇库左右墙体顶部竖直距离为1-10米时，艇库顶部开启，等待放飞指令；

在1-10米的竖直距离内开启艇库顶部，飞艇不会影响艇库顶部打开，距离又不致于过远，如此缩短飞艇脱离艇库的时间，减少偏移量p。

步骤6、接收放飞指令，解除系留绳，飞艇脱离系留绳携带载荷升空。

解除系留绳可以采用现有技术中的常规做法，例如爆炸切割等，都可以实现系留绳的快速切割，使得飞艇可以顺利脱离束缚携带载荷升空，完成放飞任务。

实施例1

1.在艇库大门12关闭的艇库内，将飞艇囊体平铺在艇库地面上，根据飞艇3发放尺寸和其系留点32的分布位置，调整艇库1内系留装置2的位置，确保飞艇放飞时艇体与艇库顶部开合区域边线在地面上的投影间留有安全距离。

如图1所示，艇库1的顶盖13可分成两部分沿顶盖滑轨14分别向艇库大门侧和后侧开合，艇库大门12可向两侧开合，顶盖13每部分由多根可沿顶盖滑轨14移动的骨架及其上覆盖并固定的柔性防雨材料组成。艇库1在不使用时，顶盖13闭合，可阻挡外界沙尘雨雪及阳光进入艇库。

安全距离通过艇库顶部风向风速仪测得的风向、风速v₀(单位m/s)，根据当地空气密度r₀(kg/m³)、飞艇迎风侧截面积A(单位m²)、飞艇净升力F(单位N)、飞艇总高度H(单位m)、飞艇放飞时顶部距艇库左右墙体顶部竖直距离h(单位m)得出飞艇完全通过艇库顶的整个过程因风力导致的偏移量p(单位m)，p的表达式为：p＝r₀*v₀ ²*A*(H+h)/F，安全距离s需大于偏移量p。偏移量p的表达式在推导中，由于飞艇速度小，因此忽略了飞艇解除约束上升过程中的空气阻力，把飞艇完全飞出艇库前的上升和偏移过程视为匀加速运动，便于计算偏移量。

偏移推力F₁＝0.5*r₀*v₀ ²*A，

飞艇上升脱离艇库的竖直距离为H+h(m),

设飞艇总质量为M，则飞艇竖直方向加速度a₀＝F/M，水平偏移加速度为a₁＝F₁/M，完全飞出艇库所需时间为t，

H+h＝0.5*a₀*t²，

p＝0.5*a₁*t²，

p＝0.5*a₁*2*(H+h)/a₀＝r₀*v₀ ²*A*(H+h)/F (m)。

如图4所示，箭头方向为风向，飞艇在风力作用下上升轨迹在竖直方向发生偏移，飞艇从图示虚线的位置偏移上升至实线位置。虚线外形和实线外形的水平方向距离即为此偏移量。若风向发生变化，水平偏移方向也随之变化。当偏移方向与艇库左右墙体有夹角时，将p沿墙面方向和垂直墙面方向进行矢量分解，可以得出离各墙面的距离，以此确定飞艇囊体距各墙的安全距离。

2.将飞艇各系留点32与系留装置2通过系留绳21连接，调整各系留绳21长度；

铺好飞艇囊体后，需要先将飞艇3各系留点32与各系留装置2通过系留绳21连接，初步调整好长度，便于飞艇3下一步充气。系留装置2自带卷扬机，可调整系留绳21长度，并且各台系留装置2可同步或独自收放系留绳21。

3.对飞艇3充气，并根据飞艇3充气状态，不断调整各系留绳21长度；

4.如图2所示，在艇库内对飞艇3充气完成后，检查飞艇3和系留装置2的状态；

5.临近放飞时间前，各系留装置2同步放出系留绳，飞艇3升高至距艇库左右两侧墙体顶部为1-10米时，将艇库顶盖13从中部打开，等待放飞指令；

飞艇3到达发放位置后，打开艇库顶部，便于下一步放飞，等待放飞时机。若可以发放，则通过同步调节各系留绳长度，将飞艇3升起至可发放的位置，该位置处，飞艇3顶部距艇库左右墙体顶部竖直距离为1≤h≤10米，

这个距离可以用测距仪确定，将测距仪置于艇库1地面上、飞艇3底部正下方，用于实时监测飞艇3底部距离地面距离。因为飞艇展开发放尺寸为已知参数，所以当艇库左右两侧墙体顶部距地面垂直距离减去测得的距离，再减去飞艇自身高度所得的值在1-10米时，即可判定。

6.收到放飞指令后，解除系留绳21，飞艇3脱离系留绳21携带载荷31升空。

解除系留绳可以采用现有技术中的常规做法，例如爆炸切割等，都可以实现系留绳的快速切割，使得飞艇可以顺利脱离束缚携带载荷升空，完成放飞任务。

如图3所示，接到放飞指令后，解除系留绳21，飞艇3带载荷31升空；系留绳21解除约束后，通过系留装置2自带卷扬机回收系留绳21。飞艇上升过程中，若有风作用，则会沿风力作用方向偏移。当然，由于提前计算了偏移量，飞艇不会偏移撞到艇库。

采用本发明方法的飞艇可在艇库内充气，并在艇库内直接放飞，飞艇发放的整体安全性大大提高，减少飞艇艇库内向转运平台进行浮力转移和向艇库外放飞地点转运的步骤，降低飞艇因转运产生的风险，缩短放飞时间，提高放飞安全性，提高发放效率。飞艇发放不需要转运放飞装置，也不需要再建设转运放飞道路，减少了设施建设，减少了维护保养工作量。此外飞艇充气后尺寸在安全边线内，即可在艇库内直接发放，减少因飞艇尺寸不同对转运放飞平台进行改造的环节。提高安全性能的同时降低了飞艇发放的所需的成本，且更加灵活易于操作。

Claims (6)

1.一种基于顶部可开合艇库直接发放飞艇的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将飞艇囊体平铺在顶部可开合的艇库地面上，依据飞艇发放尺寸及其系留点分布位置，调整艇库内系留装置的位置，确保放飞时飞艇囊体与艇库顶部可开合区域边线在地面上的投影间留有安全距离；

步骤2、将飞艇各系留点与系留装置通过系留绳连接，调整各系留绳长度；

步骤3、飞艇充气，根据飞艇充气状态，调整各系留绳长度；

步骤4、飞艇充气完成后检查飞艇和系留装置的状态；

步骤5、临近放飞前，各系留装置同步放出系留绳，飞艇升高至距艇库左右墙体顶部竖直距离为1-10米时，艇库顶部开启，等待放飞指令；

步骤6、接收放飞指令，解除系留绳，飞艇脱离系留绳携带载荷升空。

2.根据权利要求1所述的一种基于顶部可开合艇库直接发放飞艇的方法，其特征在于：所述步骤1中的安全距离s可以用如下方法获取，

计算飞艇完全通过艇库顶部因风力导致的偏移量p，单位m

p＝r₀*v₀ ²*A*(H+h)/F (1)

其中，r₀是当地空气密度，kg/m³；v₀是风速，单位m/s；A是飞艇迎风侧截面积，单位m²；F是飞艇净升力，单位N；H是飞艇总高度，单位m；h是飞艇放飞时顶部距艇库左右墙体顶部的竖直距离，单位m；

则，安全距离s≥偏移量p即可；

若偏移方向与艇库左右墙体有夹角时，将偏移量p沿墙面方向和垂直墙面方向进行矢量分解，即可得出距离各墙的距离，以此确定飞艇囊体距各墙的安全距离。

3.根据权利要求2所述的一种基于顶部可开合艇库直接发放飞艇的方法，其特征在于：所述飞艇放飞时顶部距艇库左右墙体顶部的竖直距离h为5米时，开启艇库顶部将获得较好的放飞效果。

4.根据权利要求1-3任一权利要求所述的一种基于顶部可开合艇库直接发放飞艇的方法，其特征在于：所述顶部可开合的艇库，其顶部为一顶盖且分成两部分，其可沿滑轨分别向两侧移动露出顶部，每部分由多根钢骨架组成并覆盖固定有柔性防雨材料。

5.根据权利要求1-3任一权利要求所述的一种基于顶部可开合艇库直接发放飞艇的方法，其特征在于：所述系留装置自带卷扬机，各台系留装置在控制系统控制下可同步或独自收放系留绳，系留绳同步延伸至艇库顶部以外，并通过自带卷扬机回收系留绳。

6.根据权利要求1-3任一权利要求所述的一种基于顶部可开合艇库直接发放飞艇的方法，其特征在于：所述系留绳的解除可采用爆炸切割的方法。

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