CN111516892A - 一种多任务轨道式组合平台转运放飞大型飞艇的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于浮空器技术领域，本发明提供一种多任务轨道式组合平台转运放飞大型飞艇的方法，包括以下步骤：多任务轨道式组合平台的搭建；艇库两侧作业区内分别进行不同任务飞艇的组装、测试、充气、系留等作业；任一飞艇达到可放飞状态，移动该飞艇所在的一体式横移轨道，直至横移轨道纵轴线与主轨道纵轴线重合；同步控制所有系留模块车、系留塔模块车、吊舱模块车沿主轨道将飞艇转运至艇库外；到达放飞区域后，同步切割系留绳，完成飞艇放飞；控制所有模块车行驶回艇库内的横移轨道上，横移轨道移动至原作业区内，准备开展另一侧作业区飞艇的转运放飞工作。本发明的大型飞艇转运放飞方法不受气象条件影响、转运过程同步性与方向性良好。

Description

一种多任务轨道式组合平台转运放飞大型飞艇的方法

技术领域

本发明属于浮空器技术领域，具体涉及一种多任务轨道式组合平台转运放飞大型飞艇的方法。

背景技术

飞艇的转运放飞是指在预定的气象窗口时间段内，将飞艇从艇库内部转运到预定放飞场地并解除系留绳使飞艇升空的过程。大型飞艇尺寸较大，主体为复合纤维材料，抗拉强度低，放飞期间对气象条件要求较高，因此转运放飞过程的关键是保护艇体完好，提高转运放飞效率，保证在气象窗口时间段内顺利完成转运放飞流程。

现有大型飞艇转运放飞方法主要有固定点放飞法、汽车牵引放飞法和大型平台转运放飞法，但各种放飞方式均存在局限。固定点放飞法受限于系统装置位置固定，缺乏转运过程，飞艇前期准备、测试和充气过程直接在露天环境下进行，易受地面风等环境因素的影响；汽车牵引放飞法由于每辆牵引车分别由一个驾驶员驾驶，转运过程中车辆的同步性难以保持，容易造成艇体撕裂引发事故；大型平台转运放飞法方向性差，且随着飞艇长度的增加，桁架平台车需要纵向扩展，导致平台占用艇库空间大，维护保养困难。上述方法都不能保障并行任务的开展。

综上所述，现有的大型飞艇转运放飞方法存在易受气象条件影响、转运过程同步性与方向性差、难以保障多任务的开展以及系统维护保养困难等缺陷，不能适应未来大型飞艇的转运放飞需求。

发明内容

本发明的目的是解决现有的大型飞艇转运放飞方法易受气象条件影响、转运过程同步性与方向性差、难以保障多任务的开展以及系统维护保养困难的技术问题。

为达到上述目的，解决上述技术问题，本发明提供一种多任务轨道式组合平台转运放飞大型飞艇的方法，技术方案包括如下步骤：

步骤1、多任务轨道式组合平台的搭建

多任务轨道式组合平台包括轨道、模块车；

其中，主轨道2、横移轨道3和轨道包括横向导轨6、模块车包括系留模块车41、系留塔模块车42和吊舱模块车43；系留模块车41为飞艇两侧系留绳的地面系留点；系留塔模块车42为飞艇两侧系留绳的地面系留点，吊舱模块车43用于搭载吊舱；

主轨道2纵向铺设在地面上，包括1条中轴轨道21和2条侧轨道22、23，主轨道2与横移轨道3同高，轴线与艇库中轴线重合，且每条轨道均为双轨轨道,是飞艇转运中的模块车支撑导轨；

主轨道2和横移轨道3中的中轴轨道(21、31)，用于支撑系留塔模块车42和吊舱模块车43，使系留塔模块车42和吊舱模块车43能够沿着中轴轨道直线行驶；

主轨道2和横移轨道3中的侧轨道(22、23、32、33)用于支撑系留模块车41，使系留模块车41能够沿着侧轨道直线行驶；

横移轨道3纵向设置2组，每组均包含1条中轴轨道31和2条侧轨道32、33，所述轨道均为双轨轨道，每条轨道都通过3组架设在横向导轨6上的支撑轮支撑，横移轨道3与横向导轨6之间均布多个地面支撑轮，用于防止跨距过大导致轨道变形；

横向导轨6为双轨轨道，共设置3条横向铺设在艇库1内的地下沟道，作为横移轨道3的支撑导轨，横移轨道3能够沿着横向导轨6移动；

步骤2、在艇库1两侧作业区(11、12)内分别进行不同任务飞艇的组装、测试、充气、系留等作业；

步骤3、任一飞艇达到可放飞状态，则移动该飞艇所在的横移轨道3，直至横移轨道3中轴线与主轨道2中轴线重合；

步骤4、同步控制可放飞飞艇的所有模块车沿主轨道2往放飞区域移动，将飞艇转运至艇库外；

步骤5、飞艇到达放飞区域后，同步解除系留绳，完成飞艇放飞；

步骤6、控制所有模块车行驶回艇库1内的横移轨道3上，横移轨道3移动至原作业区内，准备另一侧作业区飞艇的转运放飞工作。

进一步的，系留模块车41带有系留模块411，系留模块车41的数量可根据飞艇囊体系留点数目调整，每辆系留模块车41对应飞艇囊体上的一个系留点，系留绳与系留模块411内的卷扬机绳索连接，通过卷扬机调整系留绳长度。

进一步的，系留塔模块车42搭载高度可调的系留塔。

进一步的，系留塔模块车42带有系留模块422，系留模块(411、422)带有卷扬机且卷扬机配备张力传感器。

进一步的，系留模块(411、422)带有同步切割控制器。

进一步的，步骤4飞艇转运过程具体如下，各模块车集成的激光测距传感器实时测量模块车之间的距离，将测量数据传递给中央控制计算机，中央控制计算机根据测量数据实时解算各模块车的相对位置变化情况，进而精确控制各辆模块车的速度，使模块车的相对位置保持稳定。

进一步的，步骤5的解除系留绳的方法为爆炸切割的方式。

进一步的，步骤1多任务轨道式组合平台还包括非成型气球放飞平台5，用于非成型气球的转运放飞；

本发明的有效收益如下：

1、本发明提供的轨道式组合平台利用轨道保证转运过程的方向性，解决了现有技术飞艇转运过程中方向性欠佳的技术问题。

2、本发明提供的轨道式组合平台转运放飞方法在行进时各个系统单元不再人为控制，而是通过中央控制计算机根据激光传感器反馈的距离信息实时精确调整行进速度，同步性好，保证了转运放飞过程中飞艇囊体安全。

3、本发明提供的轨道式组合平台能够满足短时间内多个飞艇发放需求，大幅减少飞艇发放间隔时间，提高飞艇发放效率。

4、本发明可以根据不同大小的飞艇激活相应数量的模块单元，系统兼容性好，能够满足各型飞艇的转运放飞需求。

5、本发明的放飞过程，即系统的初始化、状态锁定以及转运放飞过程仅需要一名操作手和少量观察员，显著提升了转运放飞自动化程度。

附图说明

图1为多任务轨道式组合平台转运放飞飞艇示意图；

图2为艇库和轨道分布图；

图3为轨道和作业区分布俯视图(隐藏艇库及地面)；

图4为横移轨道与横向导轨细节图(隐藏艇库及地面)；

图5为飞艇转运出艇库过程图；

图6为非成型气球放飞平台；

图7为转运放飞非成型气球示意图。

其中：1-艇库、11-作业区、12-作业区、2-主轨道、21-主轨道的中轴轨道、22-主轨道的侧轨道、23-主轨道的侧轨道、3-横移轨道、31-横移轨道的中轴轨道、32-横移轨道的侧轨道、33-横移轨道的侧轨道、34-横移电机、41-系留模块车、411-系留模块车的系留模块、412-爆炸切割器、42-系留塔模块车、421-系留头锥、422-系留塔模块车的系留模块、43-吊舱模块车、5-非成型气球放飞平台、51-铺设平板、52-囊体束缚机构、53-开合式法兰固定机构、54-载荷安装平台、55-爆炸切割器、6-横向导轨

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细的解释和说明。特别指出，本发明中出现的横向、纵向是相对于艇库中轴线而言，与艇库中轴线平行的方向为纵向，与艇库中轴线垂直且与地面平行的方向为横向。

如图1所示，本发明提供一种多任务轨道式组合平台转运放飞大型飞艇的方法，包括如下步骤：

步骤1、多任务轨道式组合平台的搭建

多任务轨道式组合平台包括轨道、模块车；

轨道主要包括：横向导轨6，横移轨道3，主轨道2。

模块车包括：系留模块车41，系留塔模块车42和吊舱模块车43。

如图3所示，主轨道2：纵向铺设在地面上，与横移轨道3同高，轴线与艇库中轴线重合，共有3条，包括1条中轴轨道21和2条侧轨道22、23，每条都为双轨轨道。作为飞艇转运过程中的模块车支撑导轨。

主轨道2和横移轨道3中所述的中轴轨道21，31，用于支撑系留塔模块车42和吊舱模块车43，使系留塔模块车42和吊舱模块车43能够沿着中轴轨道直线行驶；主轨道2和横移轨道3中所述的侧轨道(22、23、32、33)用于支撑系留模块车41，使系留模块车41能够沿着侧轨道直线行驶。

如图2、4所示，横移轨道3：纵向布置，共有2组，未执行放飞任务时分别位于艇库两侧作业区内，每组横移轨道3分别有3条轨道，包括1条中轴轨道31和2条侧轨道(32、33)，每条都为双轨轨道。每条轨道都通过3组架设在横向导轨6上的支撑轮支撑，支撑轮安装横移电机34用于驱动横移轨道3移动，横移轨道3在横向导轨6支撑之间均布多个地面支撑轮，防止跨距过大导致轨道变形。作用：在前期准备工作完成后，横移轨道3带动模块车移动进而将飞艇从作业区移动到艇库中轴线位置，与主轨道精准对接，便于下一步的转运出库。

如图4所示，横向导轨6：共有3条，每条都为双轨轨道，横向铺设在艇库内的地下沟道。作用：作为横移轨道3的支撑导轨，保证横移轨道3能够沿着横向导轨6移动。

系留模块车41：位于侧轨道(22、23、32、33)上，通常飞艇两侧的系留模块车数量相等、位置对称，具体数量和位置根据飞艇囊体的系留点确定。位置确定后不再改变，通过各车上的激光测距传感器确定相对位置是否偏离，通过精准控制各车速度保持相对位置不变。作用：作为飞艇两侧系留绳的地面系留点。

系留塔模块车42：搭载系留塔，位于中轴轨道(21、31)上，置于飞艇头部前方。作用：作为飞艇头部的系留点。

吊舱模块车43：位于中轴轨道(21、31)上。作用：用于搭载吊舱。

系留模块车41数量可根据飞艇囊体系留点数目调整，每辆系留模块车41对应飞艇囊体上的一个系留点，系留绳与系留模块411内的卷扬机绳索连接，通过卷扬机调整系留绳长度。

步骤2、在艇库1两侧作业区(11、12)内分别进行不同任务飞艇的组装、测试、充气、系留等作业；

如图3所示，这里作业区设置2个(11、12)，分别位于艇库内两侧位置，作为飞艇的组装、测试、充气、系留等前期操作的场地，在进行上述操作之前，作业区内需铺设高强度塑料薄膜，防止飞艇囊体与地面或轨道产生剐蹭，待前期操作完毕后，撤走高强度塑料薄膜。

步骤3、任一飞艇达到可放飞状态，则移动该飞艇所在的横移轨道3，直至横移轨道3中轴线与主轨道2中轴线重合；

步骤4、同步控制可放飞飞艇的所有模块车沿主轨道2往放飞区域移动，将飞艇转运至艇库外；

模块车均集成激光测距传感器、无线通信子系统、驱动/制动子系统和电源子系统，系留塔模块车42搭载中央控制计算机。

利用激光测距传感器实时测量各辆模块车之间的相对距离。无线通信子系统用于搭建轨道式发放平台的控制器局域网，局域网中心为中央控制计算机，网络端点为模块车上的激光测距传感器、驱动/制动子系统和系留模块(411、422)。驱动/制动子系统包含驱动/制动电机和编码器。电源模块采用超级电容为系统供电。

各模块车集成的激光测距传感器实时测量模块车之间的距离，将测量数据传递给中央控制计算机，中央控制计算机根据测量数据实时解算各模块车的相对位置变化情况，进而精确控制各辆模块车的速度，使模块车的相对位置保持稳定。

步骤5、飞艇到达放飞区域后，同步解除系留绳，完成飞艇放飞；

如图5所示，系留塔模块车42搭载高度可调的系留塔，系留塔顶端有系留头锥421，系留塔底部有系留模块422。

系留模块(411、422)集成卷扬机与同步切割控制器，卷扬机配备张力传感器。在飞艇出库前，通过张力传感器测量飞艇浮力，在转运放飞过程中，通过张力传感器监测系留绳拉力，根据拉力数值实时调整系留绳长度，防止拉力过大导致飞艇囊皮撕裂。同步切割控制器用于飞艇到达放飞场地后同步切割系留绳，以完成飞艇的放飞。

步骤6、控制所有模块车行驶回艇库1内的横移轨道3上，横移轨道3移动至原作业区内，准备另一侧作业区飞艇的转运放飞工作。

下面给出本发明的两个实施例

实施例1

飞艇A和飞艇B分别在艇库1两侧作业区内进行组装、测试等准备作业。组装测试工作完成后，对飞艇进行充气，根据各飞艇囊体系留点数量确定各飞艇所需系留模块车41数量，按照一个系留点对应一辆系留模块车41的原则，利用系留模块车41对各飞艇进行系留固定。

调整各系留模块411的绳索长度，使飞艇A和飞艇B的轴线分别与所在横移轨道3的中轴线重合，并使飞艇保持水平平衡状态，防止转运过程中飞艇发生倾覆的状况。吊舱模块车43搭载吊舱沿横移轨道3的中轴轨道31行进至各飞艇吊舱安装接口下方，到达位置后，将吊舱安装到飞艇上。系留塔模块车42搭载系留塔沿横移轨道3的中轴轨道31移动至飞艇头部前方，将飞艇头部的系留绳穿过系留塔头锥421，牵引至系留塔底部的系留模块422并与系留模块的绳索相连。

假设飞艇A先达到放飞条件，横移电机34驱动飞艇A所在的横移轨道3，将飞艇转运至艇库1中轴线，操作人员通过遥控设备设置系统行进速度，各模块车以预设速度牵引飞艇A沿主轨道2向放飞区域匀速行驶。

到达放飞场地后，为防止速度变化产生冲击，采用行进间放飞的方式，系统保持预设行进速度，操作人员通过遥控设备激活各个系留模块的同步切割控制器，各系留绳上的爆炸切割器412同步切割系留绳，飞艇A在浮力的作用下升空，完成飞艇A放飞任务。

搭载飞艇A的所有模块车沿主轨道返回至原横移轨道3，横移电机34驱动横移轨道3将模块车转运至原作业区内。等待飞艇B达到放飞条件，按照上述步骤进行转运放飞。

实施例2

如图6、图7所示，本发明的多任务轨道式组合平台，配备有非成型气球放飞平台5，可用于非成型气球的转运放飞。

在艇库1作业区内完成非成型气球前期测试安装等准备工作。

将非成型气球放飞平台5安装于两台吊舱模块车上，将气球囊体平铺在非成型气球放飞平台的铺设平板51上，扣紧囊体束缚机构52，法兰盘位于气球底部用于安装载荷安装于开合式法兰固定机构53上，载荷穿过法兰固定机构放置于载荷安装平台54上。

进行充气作业，充气过程中利用吊机吊起气球头部，防止充气过程中气球囊体与周围设备产生剐蹭。

充气完成后，为防止转运过程中气球充气头部剧烈摇晃，按照三点系留固定的原则，在中轴轨道31和2条侧轨道(32、33)分别部署1辆系留模块车41，利用三条系留绳将气球充气头部分别系留固定在三辆系留模块车41上。

横移电机34驱动横移轨道3将非成型气球转运至艇库中轴线，操作人员通过遥控设备设置系统行进速度，平台搭载非成型气球沿主轨道2向放飞区域匀速行驶。

到达放飞场地后，为防止系统速度变化产生冲击，保持系统行进速度不变，操作人员通过遥控设备激活各个系留模块的切割控制器，各系留绳上的爆炸切割器55同步切割系留绳。系留绳切割后，为防止释放过程中气球与载荷连接处产生大的撕扯力，从气球头部到载荷端依次释放囊体束缚机构52，最后释放法兰固定机构53，释放完成后，非成型气球在浮力的作用下升空，完成放飞任务。

搭载非成型气球的所有模块车沿主轨道2返回至原横移轨道3，横移轨道3将模块车转运至原作业区内。

Claims (8)

1.一种多任务轨道式组合平台转运放飞大型飞艇的方法，其特征在于,包括以下步骤：

步骤1、多任务轨道式组合平台的搭建

所述多任务轨道式组合平台包括轨道和模块车；

其中，轨道包括横向导轨(6)、横移轨道(3)和主轨道(2)；模块车包括系留模块车(41)、系留塔模块车(42)和吊舱模块车(43)；系留模块车(41)为飞艇两侧系留绳的地面系留点；系留塔模块车(42)为飞艇两侧系留绳的地面系留点，吊舱模块车(43)用于搭载吊舱；

所述主轨道(2)纵向铺设在地面上，包括1条中轴轨道(21)和2条侧轨道(22、23)，主轨道(2)与横移轨道(3)同高，轴线与艇库中轴线重合，且每条轨道均为双轨轨道,是飞艇转运中的模块车支撑导轨；

所述主轨道(2)和横移轨道(3)中的中轴轨道(21、31)，用于支撑系留塔模块车(42)和吊舱模块车(43)，使系留塔模块车(42)和吊舱模块车(43)能够沿着中轴轨道直线行驶；

所述主轨道(2)和横移轨道(3)中的侧轨道(22、23、32、33)用于支撑系留模块车(41)，使系留模块车(41)能够沿着侧轨道直线行驶；

所述横移轨道(3)纵向设置2组，每组均包含1条中轴轨道(31)和2条侧轨道(32、33)，所述轨道均为双轨轨道，每条轨道都通过3组架设在横向导轨(6)上的支撑轮支撑，横移轨道(3)与横向导轨(6)之间均布多个地面支撑轮，用于防止跨距过大导致轨道变形；

所述横向导轨(6)为双轨轨道，设置3条横向铺设在艇库(1)内的地下沟道，作为横移轨道(3)的支撑导轨，横移轨道(3)能够沿着横向导轨(6)移动；

步骤2、在艇库(1)两侧作业区(11、12)内分别进行不同任务飞艇的组装、测试、充气、系留等作业；

步骤3、任一飞艇达到可放飞状态，则移动该飞艇所在的横移轨道(3)，直至横移轨道(3)中轴线与主轨道(2)中轴线重合；

步骤4、同步控制可放飞飞艇的所有模块车沿主轨道(2)往放飞区域移动，将飞艇转运至艇库外；

步骤5、飞艇到达放飞区域后，同步解除系留绳，完成飞艇放飞；

步骤6、控制所有模块车行驶回艇库(1)内的横移轨道(3)上，横移轨道(3)移动至原作业区内，准备另一侧作业区飞艇的转运放飞工作。

2.根据如权利要求1所述的一种多任务轨道式组合平台转运放飞大型飞艇的方法，其特征在于,所述的系留模块车(41)带有系留模块(411)，系留模块车(41)的数量可根据飞艇囊体系留点数目调整，每辆系留模块车(41)对应飞艇囊体上的一个系留点，系留绳与系留模块(411)内的卷扬机绳索连接，通过卷扬机调整系留绳长度。

3.根据如权利要求2所述的一种多任务轨道式组合平台转运放飞大型飞艇的方法，其特征在于,所述的系留塔模块车(42)搭载高度可调的系留塔。

4.根据如权利要求3所述的一种多任务轨道式组合平台转运放飞大型飞艇的方法，其特征在于,所述的系留塔模块车(42)带有系留模块(422)，系留模块(411、422)带有卷扬机且卷扬机配备张力传感器。

5.根据如权利要求4所述的一种多任务轨道式组合平台转运放飞大型飞艇的方法，其特征在于,所述系留模块(411、422)带有同步切割控制器。

6.根据权利要求1所述的一种多任务轨道式组合平台转运放飞大型飞艇的方法，其特征在于，步骤4所述飞艇转运过程具体如下，各模块车集成的激光测距传感器实时测量模块车之间的距离，将测量数据传递给中央控制计算机，中央控制计算机根据测量数据实时解算各模块车的相对位置变化情况，进而精确控制各辆模块车的速度，使模块车的相对位置保持稳定。

7.根据权利要求1-6任一权力要求所述的一种多任务轨道式组合平台转运放飞大型飞艇的方法，其特征在于，步骤5所述的解除系留绳的方法为爆炸切割的方式。

8.根据权利要求1-6任一权力要求所述的一种多任务轨道式组合平台转运放飞大型飞艇的方法，其特征在于，所述的多任务轨道式组合平台还包括非成型气球放飞平台(5)，用于非成型气球的转运放飞。

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