CN112537433A

CN112537433A - 一种顶部开合式的海上浮空器放飞平台

Info

Publication number: CN112537433A
Application number: CN202011459975.2A
Authority: CN
Inventors: 熊思进; 张剑华; 皇甫惠栋; 唐浩然; 苏康; 周江龙; 丁一杰
Original assignee: Chinese People's Liberation Army 63660
Current assignee: Chinese People's Liberation Army 63660
Priority date: 2020-12-11
Filing date: 2020-12-11
Publication date: 2021-03-23

Abstract

本发明涉及一种顶部开合式的海上浮空器放飞平台，属于浮空器技术领域。本发明提出了一种顶部开合式的海上放飞平台在海上直接放飞浮空器的方法，该方法基于海上放飞平台，浮空器可在平台内部充气，充好气的浮空器通过顶部开合方式可直接从海上放飞平台上升空，无需其他转运操作，消除转运所浪费的时间和因转运产生的风险，减少了放飞流程，缩短了任务响应时间，解决了浮空器海上放飞问题，尤其是解决了在远离陆地的海域的浮空器放飞需求。

Description

一种顶部开合式的海上浮空器放飞平台

技术领域

本发明属于浮空器技术领域，具体涉及一种顶部开合式的海上浮空器放飞平台。

背景技术

浮空器大致可以分为气球和飞艇两种。气球是无动力的浮空器，因此在升空后，它会随着风的方向而改变位置，或者被系缆固定在某一空中位置。飞艇则是有动力装置的浮空器，一般由充满浮升气体的囊体、动力装置、尾翼等结构组成，由于尾翼和动力转涵道装置的存在，可以人为的去控制飞艇的飞行轨迹与姿态。

目前，地面上浮空器放飞常采用如下放飞方式：一是在放飞地点利用地面锚泊装置将浮空器系留，将浮升气体转运至野外，进行充气放飞(方式一)。二是在仓库内对浮空器充气，再将浮空器转运至野外放飞地点进行放飞(方式二)。其中方式一易受地面风影响，放飞条件受限，充气过程易发生事故；方式二采用的设备较多，系统复杂，故障隐患点多，维护保养工作量大。

近年来，随着海洋开发力度的不断加大，海上作业日益增多，海上需要浮空器也越来越多，但是目前还没有成熟的针对海上的浮空器放飞平台和放飞方法，现主要采用在陆地通过上述的方式一或方式二放飞，待浮空器先爬升至一定高度，然后再操纵浮空器从陆上空飞行至海上空执行任务。这种方法在沿海地区的海域尚可使用，但是在远海区域需要浮空器立即响应升空执行任务时，从陆地起飞到达指定海域的路程太远，不仅导致油耗增多，且一路上还有较多其他不确定因素如飞行状态、飞行环境的影响，最重要的是导致浮空器响应时间太长。因此从陆地放飞浮空器至远海区域执行任务，这种方式既增加了风险，也消耗了资源，浪费了时间。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何设计一种顶部开合式的海上浮空器放飞平台的总体结构，以及一种基于海上平台的浮空器放飞方法。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种顶部开合式的海上浮空器放飞平台，包括放飞平台顶盖、顶盖滑轨、放飞平台后舱、系留装置和系留绳；

其中，所述放飞平台顶盖可沿着顶盖滑轨向海上浮空器放飞平台后舱收拢，放飞平台顶盖由多根可沿顶盖滑轨移动的骨架及其上覆盖并固定的柔性防雨材料组成，海上浮空器放飞平台在不使用时，放飞平台顶盖闭合，可阻挡外界沙尘雨雪及阳光进入海上浮空器放飞平台舱底；

位于海上浮空器放飞平台舱底的系留装置通过系留绳连接飞艇各系留点，系留绳可通过系留装置自带的卷扬机回收。

优选地，所述放飞平台后舱上设有风向风速仪，风向风速仪用于测量风向；

优选地，还包括测距仪，所述测距仪位于海上浮空器放飞平台的舱底。

本发明还提供了一种利用所述的海上浮空器放飞平台实现在海上放飞浮空器的方法。

优选地，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将浮空器的囊体平铺在海上浮空器放飞平台内部的底面上，依据浮空器的尺寸及其系留点的分布位置，调整海上放飞平台内系留装置的位置，确保放飞时充满气的浮空器囊体与放飞平台顶部的可开合舱盖，即与放飞平台顶盖的距离有余量，同时浮空器囊体和放飞平台四周舱壁在底面上的投影间留有安全距离s；

若偏移方向与平台朝向方向有夹角时，将偏移量p沿平台朝向方向和垂直方向进行矢量分解，得出浮空器距离船舱各舱壁的距离，以此确定浮空器囊体距船舱各舱壁的安全距离，通过船载的传感器收集海面环境数据，计算浮空器放飞时会出现的偏移量，当浮空器放飞时浮空器囊体距船舱各舱壁的距离安全距离大于偏移量时，可开启放飞平台顶部的放飞平台顶盖进行放飞；

步骤2、将浮空器各系留点与放飞平台底部的系留装置通过系留绳连接，并调整各系留绳长度；

步骤3、浮空器充气，根据浮空器的充气状态，调整各系留绳长度；通过浮空器充气口，对浮空器进行充气，根据浮空器艇囊外形变化，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，同时用于调整浮空器姿态，使其处于可放飞形态；

步骤4、浮空器充气完成后检查浮空器和系留装置的状态，对浮空器整体进行集成测试，之后进行系统联调，确保浮空器已处于可放飞的状态；

步骤5、临近放飞前，各系留装置同步将系留绳长度放长，浮空器升高至距平台顶部竖直距离为一定范围时，放飞平台顶部的放飞平台顶盖开启，等待放飞指令；

步骤6、接收放飞指令，解除系留绳，浮空器脱离系留绳后从海上放飞平台直接升空至海上任务区域。

优选地，根据以下方法设置所述安全距离s：首先计算浮空器完全通过放飞平台顶部因风力导致的偏移量p，单位m

p＝r₀*v₀ ²*A*(H+h)/F

其中，r₀是当前该平台所处海域的空气密度；v₀是风速，单位m/s；A是浮空器迎风侧截面积；F是浮空器净升力，单位N；H是浮空器总高度；h是浮空器待飞时顶部距放飞平台顶部的竖直距离；

安全距离s≥偏移量p即可。

优选地，步骤6中，解除系留绳爆炸切割的方法，实现系留绳的快速切割，使得浮空器脱离束缚离开舰船，上升至海域上空，完成放飞任务。

优选地，步骤5中，浮空器升高至距平台顶部竖直距离为1-10米时，放飞平台顶部的放飞平台顶盖开启。

优选地，所述浮空器为飞艇。

优选地，所述浮空器为气球。

(三)有益效果

为了克服现有浮空器放飞方式在海上放飞的空白，本发明提出了一种顶部开合式的海上放飞平台在海上直接放飞浮空器的方法，该方法基于海上放飞平台，浮空器可在平台内部充气，充好气的浮空器通过顶部开合方式可直接从海上放飞平台上升空，无需其他转运操作，消除转运所浪费的时间和因转运产生的风险，减少了放飞流程，缩短了任务响应时间，解决了浮空器海上放飞问题，尤其是解决了在远离陆地的海域的浮空器放飞需求。另外通过海上平台放飞，还具备一个优势即可以通过控制平台底部的舵桨和推进器实现海上平台的快速机动和调整放飞时平台的朝向，避免因风向问题造成的放飞窗口等待问题，可以根据风向调整平台朝向，或者机动平台离开风速风向不利于放飞的海域。

附图说明

图1是本发明海上浮空器放飞平台示意图；其中a为侧视图，b为俯视图，c为后视图，d为前视图；

图2是本发明海上浮空器放飞平台打开其顶盖的过程示意图；

图3是本发明海上浮空器放飞平台与飞艇的组成示意图；

图4是本发明海上浮空器放飞平台剖面示意图；

图5是本发明方法中飞艇放飞步骤示意图；

图6是飞艇飞出海上浮空器放飞平台自由升空示意图。

其中：1-海上浮空器放飞平台、11-甲板、12-放飞平台顶盖、13-顶盖滑轨、14-投影边线、15-放飞平台后舱、2-系留装置、21-系留绳、3-飞艇、31-任务载荷、32-系留点、33-尾翼、4-风向风速仪、5-测距仪。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本发明设计了一种顶部开合式的海上浮空器放飞平台，当在远离陆地的某海域需要浮空器升空执行任务时，可快速响应任务需求，通过本发明的平台在海上直接放飞浮空器，可以使海上浮空器执行任务变得更加便利。

本发明提供的一种顶部开合式的海上浮空器放飞平台的结构主要基于舰船平台设计；本发明的放飞方法具体技术方案是一种顶部开合式的海上浮空器放飞平台在海上直接放飞浮空器的方法。

本发明提供的一种顶部开合式的海上浮空器放飞平台1包括放飞平台顶盖12、顶盖滑轨13、放飞平台后舱15、系留装置2、系留绳21、测距仪5；如图2所示，海上浮空器放飞平台1的放飞平台顶盖12可沿着顶盖滑轨13向海上浮空器放飞平台后舱15收拢，放飞平台顶盖12每部分由多根可沿顶盖滑轨13移动的骨架及其上覆盖并固定的柔性防雨材料组成，海上浮空器放飞平台1在不使用时，放飞平台顶盖12闭合，可阻挡外界沙尘雨雪及阳光进入海上浮空器放飞平台1舱底；

位于海上浮空器放飞平台1舱底的系留装置2通过系留绳21连接飞艇3各系留点32，系留绳21可通过系留装置2自带的卷扬机回收；

所述放飞平台后舱15上设有风向风速仪4，风向风速仪4用于测量风向；所述测距仪5位于海上浮空器放飞平台1的舱底；

以海上放飞平台在海上放飞飞艇为例，本发明提供的一种利用上述海上浮空器放飞平台1实现在海上放飞飞艇的方法包括以下步骤：

(步骤1)在放飞平台顶盖12关闭的船舱内部工作区域中，将飞艇囊体平铺在舱内底部作业面上，根据飞艇3大小尺寸和其系留点32的分布位置，调整海上浮空器放飞平台1内系留装置2的位置，同时确保飞艇与放飞平台顶盖12完全收拢后在舱内地面的投影边线14留有一定距离。

安全距离通过放飞平台后舱15上的风向风速仪4测得的风向，首先控制海上浮空器放飞平台1的方向，使船头与风向尽量一致，同时通过风向风速仪4测得风速v₀(单位m/s)，根据所处海域的空气密度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)、飞艇待飞时顶部距放飞平台顶盖竖直距离h(单位m)得出飞艇完全通过放飞平台顶盖12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。

偏移量p的表达式在推导过程中，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，把飞艇完全飞出海上放飞平台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(风力)F₁＝r₀*v₀ ²*A，

飞艇脱离海上放飞平台需要上升的竖直距离为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，完全飞出放飞平台所需时间为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5所示，黑色箭头方向为风向，飞艇在风力作用下上升轨迹在竖直方向发生偏移，飞艇从图中第三步位置偏移上升至第四步位置。最后两步的飞艇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。当偏移方向与海上放飞平台朝向不垂直时，将p沿平台朝向方向和垂直平台朝向方向进行矢量分解，可以分别得出离平台各舱壁的距离，以此确定飞艇上升偏移量与安全距离大小关系。偏移量p需小于安全距离s，若p大于s，则需要通过控制海上浮空器放飞平台1底部的舵桨和推进器实现海上浮空器放飞平台1的定向和转弯，使风向与海上浮空器放飞平台朝向夹角最小，确保偏移量达到最小，或者机动远离此风速较大的海域。

(步骤2)将飞艇3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的长度；

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。

(步骤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；

(步骤4)在海上浮空器放飞平台内对飞艇3充气完成后，检查飞艇3和系留装置2的状态，如图5中第一步所示；

(步骤5)临近放飞时间前，各系留装置2同步放出系留绳，飞艇3升高至距放飞平台顶盖12为1-10米时，将放飞平台顶盖12从打开，等待放飞指令；

飞艇3到达放飞位置后，打开海上浮空器放飞平台1顶部，便于下一步放飞，等待放飞时机。若可以放飞，则通过同步调节各系留绳21长度，将飞艇3升起至可放飞的位置，该位置处，飞艇3顶部距放飞平台顶盖12竖直距离h₁为1-10米，如图5中第二步所示；

h₁可以用位于海上浮空器放飞平台1舱底的测距仪5确定，测距仪5置于飞艇3底部正下方，用于实时监测飞艇3底部距离底面距离。因为飞艇展开放飞尺寸为已知参数，所以当放飞平台顶盖12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即为h₁。

(步骤6)收到放飞指令后，解除系留绳21，飞艇3脱离系留绳21携带任务载荷31升空，如图5中第三步所示。

解除系留绳21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21的快速切割，使得飞艇3可以顺利脱离束缚携带载荷升空，完成放飞任务。

接到放飞指令后，解除系留绳21，飞艇3带任务载荷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3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3不会偏移撞到海上浮空器放飞平台1的舱壁，如图5中第四步所示。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种顶部开合式的海上浮空器放飞平台，其特征在于，包括放飞平台顶盖、顶盖滑轨、放飞平台后舱、系留装置和系留绳；

2.如权利要求1所述的海上浮空器放飞平台，其特征在于，所述放飞平台后舱上设有风向风速仪，风向风速仪用于测量风向。

3.如权利要求2所述的海上浮空器放飞平台，其特征在于，还包括测距仪，所述测距仪位于海上浮空器放飞平台的舱底。

4.一种利用权利要求3所述的海上浮空器放飞平台实现在海上放飞浮空器的方法。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，其特征在于，该方法包括以下步骤：

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，根据以下方法设置所述安全距离s：首先计算浮空器完全通过放飞平台顶部因风力导致的偏移量p，单位m

p＝r₀*v₀ ²*A*(H+h)/F

安全距离s≥偏移量p即可。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤6中，解除系留绳爆炸切割的方法，实现系留绳的快速切割，使得浮空器脱离束缚离开舰船，上升至海域上空，完成放飞任务。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤5中，浮空器升高至距平台顶部竖直距离为1-10米时，放飞平台顶部的放飞平台顶盖开启。

9.如权利要求4至8中任一项所述的方法，其特征在于，所述浮空器为飞艇。

10.如权利要求4至8中任一项所述的方法，其特征在于，所述浮空器为气球。