CN111547227B - 一种超高空系留浮空器发放方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及浮空器技术领域，提供了一种超高空系留浮空器发放方法。该方法包括：将缆绳靠近与浮空器相连的一端连接至地锚上的承力缆，缆绳的另一端与容缆滚筒相连，其中，容缆滚筒与地锚之间的间隔距离不小于预设升空高度对应的缆绳长度，容缆滚筒位于地锚的下风向；对浮空器进行充气，当充气完成后打开压放在浮空器未充气部分上的发放滚筒，使浮空器直立在地锚上方；打开容缆滚筒的抱闸，释放地锚上的承力缆，使浮空器在浮力和风的共同作用下向着容缆滚筒的方向漂浮。本发明提供的超高空系留浮空器发放方法，能有效避免缆绳发放过程中因地面绞车自身转动摩擦和惯量产生的阻力对浮空器造成负担，实现浮空器和缆绳的安全可靠发放。

Description

一种超高空系留浮空器发放方法

技术领域

本发明涉及浮空器技术领域，尤其涉及一种超高空系留浮空器发放方法。

背景技术

浮空器内充入氢气或氦气，依靠浮力升空，同时浮空器通过缆绳连接到地面设施上，在一定范围内进行定点驻空。系留浮空器也被称为系留气球或系留艇，是浮空器中的一种。系留浮空器升空高度一般在几十米到五千米范围内，而超高空系留浮空器目标升空高度十八千米至三十千米，也被称为平流层系留浮空器。

地球大气按高度从地表向上分为五层，依次为对流层、平流层、中间层、热层和散逸层。在对流层中上部，存在一股强而窄的急风区，急风区风速一般大于30m/s，个别地区最大风速可达60-80m/s。系留浮空器升空到超高空的平流层，需要穿越这个急风区。按传统的系留浮空器发放方法，由地面绞车放缆控制浮空器上升，浮空器受系留缆绳牵引和风的作用，在急风区受力较大，较难穿越或穿越过程容易对浮空器产生损伤。即使用地面绞车以自由状态被动放缆绳，地面绞车自身转动摩擦和惯量产生的阻力对浮空器也是较大负担。

最简单直接的解决方案是采用放缆速度达20m/s以上的地面绞车，但是普通容缆量达几十千米的绞车本来就是需要专门定制的大型设备，如果再要求放缆速度达到20m/s以上，需要超大型电机并且需要克服长时高速运行产生的散热问题，成本很高；另外，采用该方法浮空器在急风区水平飘移过快，当浮空器到达目标高度时，浮空器飘移距离离绞盘很远，放缆长度远长于需要的缆长，浮空器会产生较大升空超调，对浮空器内压和浮力控制不利。

发明内容

本发明的目的是提供一种超高空系留浮空器发放方法，用于解决传统的发放方法无法安全可靠地控制缆绳发放的问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种超高空系留浮空器发放方法，包括：

步骤S10，将缆绳靠近与浮空器相连的一端连接至地锚上的承力缆，所述缆绳的另一端与容缆滚筒相连，其中，所述容缆滚筒与所述地锚之间的间隔距离不小于预设升空高度对应的缆绳长度，所述容缆滚筒位于所述地锚的下风向；

步骤S20，对所述浮空器进行充气，当充气完成后打开压放在所述浮空器未充气部分上的发放滚筒，使所述浮空器直立在所述地锚上方；

步骤S30，打开所述容缆滚筒的抱闸，释放所述地锚上的承力缆，使所述浮空器在浮力和风的共同作用下向着所述容缆滚筒的方向漂浮。

其中，在所述步骤S10之前还包括：

挑选发放场地，所述发放场地包括用于供所述浮空器充气的第一场地和用于铺设缆绳的第二场地，在所述第一场地与所述第二场地的纵横交错点处安装所述地锚。

其中，在步骤S10中，将所述缆绳缠绕于所述容缆滚筒，将所述容缆滚筒放置在车辆上，所述车辆沿风向移动过程中释放所述缆绳，待所述缆绳的释放长度达到预设升空高度对应的缆绳长度时将所述容缆滚筒从所述车辆卸下固定至地面。

其中，所述容缆滚筒与所述地锚之间安装有滑轮，所述滑轮与所述容缆滚筒之间的距离大于所述容缆滚筒的长度的100倍。

其中，在步骤S20之前还包括：

发放探空气球测量高空风场信息，根据高空风场信息确定发放时间和所述缆绳的释放长度。

其中，在步骤S20之前还包括，将所述浮空器铺设在所述发放场地的一端，且所述浮空器位于所述地锚的上风向，将所述发放滚筒压放在所述浮空器的球膜上，将用于对所述浮空器充气的氦气存储设备放置在所述发放滚筒的后方或者侧方，并将所述氦气存储设备与所述浮空器的充气口相连。

其中，步骤S30中，所述浮空器穿过急风区后，在充气过程中充入的氦气经由顶部的排气阀进行排氦操作以减小所述浮空器的上升速度。

其中，在步骤S10中，所述承力缆、所述缆绳与所述浮空器的底部经由连接环连接在一起，所述承力缆远离所述连接环的一端与所述地锚相连。

其中，步骤S30中，所述承力缆安装有切割器，所述切割器位于所述连接环与所述地锚之间，所述切割器割断所述承力缆以释放所述承力缆。

其中，所述容缆滚筒由驱动电机驱动，在步骤S30之后还包括，当所述容缆滚筒在所述浮空器的带动下稳定转动时，逐渐增加所述驱动电机输出扭矩，直至所述浮空器拖拽所述缆绳的速度减小至0；

将所述驱动电机从力矩模式调整为速度模式，对所述缆绳进行收放调整所述浮空器的高度。

本发明实施例提供的超高空系留浮空器发放方法，浮空器上升至预设高度所需长度的缆绳铺设在容缆滚筒与地锚之间，容缆滚筒在地锚的下风向。当浮空器穿越急风区时，浮空器在浮力和风的作用下向下风向方向运动，铺设的缆绳提供穿越所需要的绳长，在该过程中容缆滚筒无需转动，避免浮空器受到缆绳牵引受力过大造成损伤，也能有效避免缆绳发放过程中因地面绞车自身转动摩擦和惯量产生的阻力对浮空器造成负担，实现浮空器和缆绳的安全可靠发放。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例超高空系留浮空器发放方法所对应的初始状态图；

图2为本发明实施例超高空系留浮空器发放方法中步骤S20执行之后的状态示意图；

图3为本发明实施例超高空系留浮空器发放方法中步骤S30执行后的状态示意图。

图中：1、浮空器；2、发放滚筒；3、地锚；4、容缆滚筒；5、滑轮；6、氦气存储设备；11、球膜；12、充气软管；13、吊舱；14、连接环；15、缆绳；31、承力缆；32、切割器；41、驱动电机；61、高压管。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”“第二”是为了清楚说明产品部件进行的编号，不代表任何实质性区别。“上”“下”“左”“右”的方向均以附图所示方向为准。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明实施例提供了一种超高空系留浮空器发放方法，具体包括如下步骤：

步骤S10，将缆绳15靠近与浮空器1相连的一端连接至地锚3上的承力缆31，缆绳15的另一端与容缆滚筒4相连。其中，容缆滚筒4与地锚3之间的间隔距离不小于预设升空高度对应的缆绳长度，容缆滚筒4位于地锚3的下风向。该步骤用于做好发放准备工作，此时整个系留浮空器1的发放方法的初始状态如图1所示。其中，浮空器1的底部安装有吊舱13，吊舱13提供装载用的空间。

步骤S20，对浮空器1进行充气，当充气完成后打开压放在浮空器1未充气部分上的发放滚筒2，使浮空器1直立在地锚3上方，如图2所示。发放滚筒2释放后，浮空器1在浮力的作用下上升，浮空器1的底部在承力缆31的拉拽下升起一小段距离。

步骤S30，打开容缆滚筒4的抱闸，释放地锚3上的承力缆31，使浮空器1在浮力和风的共同作用下向着容缆滚筒4的方向漂浮。当浮空器1穿越急风区时，浮空器1水平移动的距离较大，此时铺设在地锚3与容缆滚筒4之间的缆绳15为浮空器1的水平移动提供所需的缆绳，在该过程中，容缆滚筒4无需转动，从而避免对浮空器1产生较大的负担。铺设在地锚3与容缆滚筒4之间的缆绳15均拉起后的状态图如图3所示。

在本发明实施例中，浮空器1上升至预设高度所需长度的缆绳铺设在容缆滚筒4与地锚3之间，容缆滚筒4在地锚3的下方。当浮空器1穿越急风区时，浮空器1在浮力和风的作用下向下风向方向运动，铺设的缆绳15提供穿越所需要的绳长，在该过程中容缆滚筒4无需转动，避免浮空器1受到缆绳15牵引受力过大造成损伤，也能有效避免缆绳15发放过程中因地面绞车自身转动摩擦和惯量产生的阻力对浮空器1造成负担，实现缆绳的安全可靠发放。

在上述实施例的基础上，在所述步骤S10之前还包括：

挑选发放场地，所述发放场地包括用于供所述浮空器1充气的第一场地和用于铺设缆绳15的第二场地，在所述第一场地与所述第二场地的纵横交错点处安装所述地锚3。

其中，第一场地用于铺设浮空器1，可以选用方形场地；第二场地为细长型的通道，供铺设缆绳15用。为了方便铺设，缆绳15铺设可以选择用车辆，随着车辆的行进，缆绳15铺设在地锚3与容缆滚筒4之间。当然，也可以采用人工铺设的方式铺设缆绳15，对此，本发明实施例不做具体限制。

在上述实施例基础上，步骤S10中，将所述缆绳15缠绕于所述容缆滚筒4，将所述容缆滚筒4放置在车辆上，所述车辆沿风向移动过程中释放所述缆绳15，待所述缆绳15的释放长度达到预设升空高度对应的缆绳长度时将所述容缆滚筒4从所述车辆卸下固定至地面。

在该发明实施例中，借助车辆铺设缆绳15，当车辆沿第二场地行进时，位于车辆上的容缆滚筒4不断释放缆绳15，将缆绳15铺设在第二场地上。当缆绳15的释放长度足够浮空器1上升至预设高度时，将容缆滚筒4固定在此时车辆对应的地面位置。

在上述实施例基础上，所述容缆滚筒4与所述地锚3之间安装有滑轮5，所述滑轮5与所述容缆滚筒4之间的距离大于所述容缆滚筒4的长度的100倍。

通常容缆滚筒4与滑轮5均为圆柱形，当浮空器1将铺设在地锚3与容缆滚筒4之间的缆绳15全部拉起后会在惯性的作用下继续拖拽容缆滚筒4旋转，为了减小容缆滚筒4出绳阻力，靠近容缆滚筒4的一侧设置滑轮5，被浮空器1拖拽的缆绳15经过滑轮5释放。此过程中，容缆滚筒4与滑轮5之间的距离大于容缆滚筒4长度的100倍，确保容缆滚筒4长度方向的端部与滑轮5中部之间的连线与滑轮5中部和容缆滚筒4中部之间的连线两者之间形成的夹角在1°～2°之间，避免容缆滚筒4释放位于端部的缆绳时与缆绳之间产生较大摩擦力。

在上述实施例基础上，步骤S20之前还包括：

发放探空气球测量高空风场信息，根据高空风场信息确定发放时间和缆绳的释放长度。

地面风场信息可以根据预报或实时监测获取，高空风场信息通过发放探空气球检测。当风场信息满足发放条件时，再对浮空器1进行充气。需要说明的是，发放探空气球进行高空风场信息还可以在铺设浮空器1之前。具体探测时间根据实际需要进行。

在上述任意实施例中，步骤S20之前还包括，将所述浮空器1铺设在所述第一场地的一端，且所述浮空器1位于所述地锚3的上风向，将所述发放滚筒2压放在所述浮空器1的球膜11上。其中，发放滚筒2压放在球膜上的位置根据充气量的多少确定。将用于对上述浮空器1充气的氦气存储设备6放置在所述发放滚筒2的后方或者侧方，并将所述氦气存储设备6与所述浮空器1的充气口相连。

其中，氦气存储设备6与浮空器1的充气口通过充气软管12相连。具体的，充气软管12的一端与安装在氦气存储设备6上的高压管61相连，另一端与浮空器1相连。当充气完成后，关闭氦气存储设备6，拔下充气软管12。需要说明的是，后方指的是位于发放滚筒2的上风向，即位于浮空器1漂浮方向的反向。该氦气存储设备6位于发放滚筒2的后方或侧方，以免浮空器1升空过程中与氦气存储设备6发生碰撞。

在上述实施例中，步骤S30中，所述浮空器1穿过急风区后，在充气过程中充入的氦气经由顶部的排气阀进行排氦操作以减小所述浮空器1的上升速度。其中，浮空器1的升空速度根据浮空器1反馈至地面监控设备的速度信息和高度信息进行控制。

在上述任一实施例中，步骤S10中，所述承力缆31、所述缆绳15与所述浮空器1的底部经由连接环14连接在一起，所述承力缆31远离所述连接环14的一端与所述地锚3相连。当承力缆31释放后，连接环14与地锚3之间的连接被断开，由此，悬浮在地锚3上方的浮空器1在浮力的作用下可以自由运动。

另外，在上述实施例基础上，步骤S30中，所述承力缆31安装有切割器32，所述切割器32位于所述连接环14与所述地锚3之间，所述切割器32割断所述承力缆31以释放所述承力缆31。

本发明实施例中借助安装在连接环14和地锚3之间的切割器32割断承力缆31，释放承力缆31。除此之外也可以采用人工的方法释放承力缆31，对此本发明实施例不做具体限定。

步骤S30中，容缆滚筒4由驱动电机41驱动，先确认浮空器1的飞行状态，然后将容缆滚筒4的抱闸打开，之后将驱动电机41设置在力矩模式，输出扭矩设置为0Nm。

在上述实施例基础上，步骤S30之后还包括，当所述容缆滚筒4在所述浮空器1的带动下稳定转动时，逐渐增加所述容缆滚筒4的驱动电机41输出扭矩，直至所述浮空器1拖拽所述缆绳15的速度减小至0；将驱动电机41从力矩模式调整为速度模式，对所述缆绳15进行收放调整所述浮空器1的高度。

当浮空器1将铺设的缆绳15拉完后会带动容缆滚筒4旋转，此时容缆滚筒4先加速旋转后平稳释放缆绳15。为了减少浮空器1升空过程中容缆滚筒4的阻力，在加速旋转阶段，容缆滚筒4的驱动电机41输出扭矩为0，容缆滚筒4在浮空器1的拉动下自由释放缆绳15；当容缆滚筒4平稳释放缆绳15时，调整输出扭矩，将浮空器1拖拽缆绳15的速度减小至0，从而将浮空器1稳定在某一高度。之后根据浮空器1反馈的高度信息将容缆滚筒4的驱动电机41从力矩模式调整为速度模式，进行收放操作以调整缆绳15的长度，将浮空器1调整在预设的高度。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种超高空系留浮空器发放方法，其特征在于，包括：

步骤S10，将缆绳靠近与浮空器相连的一端连接至地锚上的承力缆，所述缆绳的另一端与容缆滚筒相连，其中，所述容缆滚筒与所述地锚之间的间隔距离不小于预设升空高度对应的缆绳长度，所述容缆滚筒位于所述地锚的下风向；

步骤S20，对所述浮空器进行充气，当充气完成后打开压放在所述浮空器未充气部分上的发放滚筒，使所述浮空器直立在所述地锚上方；

步骤S30，打开所述容缆滚筒的抱闸，释放所述地锚上的承力缆，使所述浮空器在浮力和风的共同作用下向着所述容缆滚筒的方向漂浮。

2.根据权利要求1所述的超高空系留浮空器发放方法，其特征在于，在所述步骤S10之前还包括：

挑选发放场地，所述发放场地包括用于供所述浮空器充气的第一场地和用于铺设缆绳的第二场地，在所述第一场地与所述第二场地的纵横交错点处安装所述地锚。

3.根据权利要求1所述的超高空系留浮空器发放方法，其特征在于，在步骤S10中，将所述缆绳缠绕于所述容缆滚筒，将所述容缆滚筒放置在车辆上，所述车辆沿风向移动过程中释放所述缆绳，待所述缆绳的释放长度达到预设升空高度对应的缆绳长度时将所述容缆滚筒从所述车辆卸下固定至地面。

4.根据权利要求1或3所述的超高空系留浮空器发放方法，其特征在于，所述容缆滚筒与所述地锚之间安装有滑轮，所述滑轮与所述容缆滚筒之间的距离大于所述容缆滚筒的长度的100倍。

5.根据权利要求1所述的超高空系留浮空器发放方法，其特征在于，在步骤S20之前还包括：

发放探空气球测量高空风场信息，根据高空风场信息确定发放时间和所述缆绳的释放长度。

6.根据权利要求1或5所述的超高空系留浮空器发放方法，其特征在于，在步骤S20之前还包括，将所述浮空器铺设在发放场地的一端，且所述浮空器位于所述地锚的上风向，将所述发放滚筒压放在所述浮空器的球膜上，将用于对所述浮空器充气的氦气存储设备放置在所述发放滚筒的后方或者侧方，所述后方指的是位于所述发放滚筒的上风向，即位于所述浮空器漂浮方向的反向，并将所述氦气存储设备与所述浮空器的充气口相连。

7.根据权利要求1所述的超高空系留浮空器发放方法，其特征在于，步骤S30中，所述浮空器在穿过急风区后，在充气过程中充入的氦气经由顶部的排气阀进行排氦气操作以减小所述浮空器的上升速度。

8.根据权利要求1所述的超高空系留浮空器发放方法，其特征在于，在步骤S10中，所述承力缆、所述缆绳与所述浮空器的底部经由连接环连接在一起，所述承力缆远离所述连接环的一端与所述地锚相连。

9.根据权利要求8所述的超高空系留浮空器发放方法，其特征在于，步骤S30中，所述承力缆安装有切割器，所述切割器位于所述连接环与所述地锚之间，所述切割器割断所述承力缆以释放所述承力缆。

10.根据权利要求1所述的超高空系留浮空器发放方法，其特征在于，其中，所述容缆滚筒由驱动电机驱动，在步骤S30之后还包括，当所述容缆滚筒在所述浮空器的带动下稳定转动时，逐渐增加所述驱动电机输出扭矩，直至所述浮空器拖拽所述缆绳的速度减小至0；

将所述驱动电机从力矩模式调整为速度模式，对所述缆绳进行收放调整所述浮空器的高度。

Images