CN117585138A - 一种平流层浮空器热控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种平流层浮空器热控制方法，解决了昼夜温差导致的浮空器高度、内外压差变化的问题。包括包括浮力球、绞盘、拉绳、重力球、副气囊、充放气装置、压力传感器I、压力传感器II和载荷舱，浮力球充有氦气，绞盘用于收放绳，调节拉绳长度，进而调节下球高度，拉绳连接两球，重力球上为有效载荷，在工作中需要保持高度不变，副气囊在重力球内部，通过控制充放气装置控制副气囊的充放气，调节重力球重量和内部压强，充放气装置由风机和阀门组成，对副气囊进行充放空气，压力传感器I、压力传感器II分别检测重力球内部和外部压强，载荷舱装有有效载荷，包括控制装置。本发明使浮空器在驻空过程中，可以保持高度不变，内外压差恒定。
Description
技术领域
本发明涉及浮空器热控制技术领域，特别涉及一种平流层浮空器热控制方法。
背景技术
平流层浮空器在高度调节或驻空飞行过程中，受到较强的太阳辐射，而且外界环境昼夜变化。浮空器的飞行髙度、姿态及相关控制均与浮升气体的热力状态密切相关，而浮升气体的热力状态变化主要是由蒙皮和内、外部环境进行复杂的辐射和对流热交换引起的。白天，平流层浮空器受到强烈的太阳辐射、红外辐射和对流作用，内部气体温度升高，浮升气体处于过热状态；夜晚，只受到天空和地面的红外辐射以及外部环境的对流作用，热环境与白天相差甚远，这会导致内部浮升气体温度下降甚至处于过冷状态。由于受到复杂的、周期性的热交换影响，平流层浮空器的热力状态总是处于周期性的转变过程中。这种周期性的热力状态转变对平流层浮空器的设计和运行控制极为不利，一是会造成气囊内部压力的波动，不利于平流层浮空器的保形运行，增加设计难度；二是会造成蒙皮温度周期性变化，破坏材料性能，减少平流层浮空器的使用寿命，即平流层浮空器的热问题会引起热力学效应，不利于其设计和工作。
发明内容
本发明通过提供一种平流层浮空器热控制方法，解决了浮空器在驻空过程中，昼夜温差导致的浮空器高度、内外压差变化的问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种平流层浮空器热控制方法，包括包括浮力球1、绞盘2、拉绳3、重力球4、副气囊5、充放气装置6、压力传感器I7、压力传感器II8和载荷舱9，浮力球1充有氦气，主要提供系统的浮力，绞盘2用于收放绳，调节拉绳长度，进而调节下球高度，拉绳3连接两球，控制两球之间的距离，重力球4上为有效载荷，在工作中需要保持高度不变，副气囊5在重力球4内部，通过控制充放气装置6控制副气囊5的充放气，调节重力球4重量和内部压强，充放气装置6由风机和阀门组成，对副气囊5进行充放空气，压力传感器I7、压力传感器II8分别检测重力球4内部和外部压强，载荷舱9装有有效载荷，包括控制装置。
利用上述系统，按照以下步骤进行控制：
在日落时，环境温度降低，双球体积减小，浮空器浮力减小，浮空器高度降低。压力传感器I7和压力传感器II8检测到内外压强P1和P2，将压强信息传回载荷仓9中的控制装置，当外部压强大于内部压强，控制装置发出控制指令，打开重力球4的充放气装置6，让副气囊5充入空气，保持内部压强不变，P1＝P2时停止充气；同时，让绞盘2开始工作，让拉绳3收缩，保持重力球4高度不变。通过此热控制方法，重力球4保持高度和内部压强不变，可以继续正常工作；
在日升时，环境温度升高，双球体积增大，浮空器浮力增大，压强增大，双浮空器高度升高。压力传感器I7和压力传感器II8检测到内外压强P1和P2，将压强信息传回载荷仓9中的控制装置，当外部压强小于内部压强，控制装置发出控制指令，打开重力球4的充放气装置6，让副气囊5排出空气，保持内部压强不变，同时，让绞盘2开始工作，让拉绳3伸展，保持重力球4高度不变。通过此热控制方法，重力球4保持高度和内部压强不变，可以继续正常工作。
本发明使浮空器在驻空过程中，可以保持高度不变，内外压差恒定，从而提高平流层浮空器工作稳定性以及浮空器的工作寿命。
附图说明
图1是本发明浮空器系统示意图；
图2是不加控制时浮空器随温度变化情况；
图3是本发明热控制过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明：
如图1所示，本本发明浮力器系统包括浮力球1、绞盘2、拉绳3、重力球4、副气囊5、充放气装置6、压力传感器I7、压力传感器II8和载荷舱9，浮力球1充有氦气，主要提供系统的浮力，绞盘2用于收放绳，调节拉绳长度，进而调节下球高度，拉绳3连接两球，控制两球之间的距离，重力球4上为有效载荷，在工作中需要保持高度不变，副气囊5在重力球4内部，通过控制充放气装置6控制副气囊5的充放气，调节重力球4重量和内部压强，充放气装置6由风机和阀门组成，对副气囊5进行充放空气，压力传感器I7、压力传感器II8分别检测重力球4内部和外部压强，载荷舱9装有有效载荷，包括控制装置。
利用上述系统，按照以下步骤进行控制：
在日落时，如图2所示，环境温度降低，双球体积减小，浮空器浮力减小，浮空器高度降低。压力传感器I7和压力传感器II8检测到内外压强P1和P2，将压强信息传回载荷仓9中的控制装置，当P2-P1>100Pa时，外部压强大于内部压强，控制装置发出控制指令：如图3所示，打开重力球4的充放气装置6，让副气囊5充入空气，保持内部压强不变，P1＝P2时停止充气；同时，让绞盘2开始工作，让拉绳3收缩，保持重力球4高度不变。通过此热控制方法，重力球4保持高度和内部压强不变，可以继续正常工作。
在日升时，如图2所示，环境温度升高，双球体积增大，浮空器浮力增大，压强增大，双浮空器高度升高。压力传感器I7和压力传感器II8检测到内外压强P1和P2，将压强信息传回载荷仓9中的控制装置，当P1-P2>100Pa时，外部压强小于内部压强，控制装置发出控制指令：如图3所示，打开重力球4的充放气装置6，让副气囊5排出空气，保持内部压强不变。同时，让绞盘2开始工作，让拉绳3伸展，保持重力球4高度不变。通过此热控制方法，重力球4保持高度和内部压强不变，可以继续正常工作。
该系统通过调节拉绳长度、充放气，调节重力球高度和内部压强，进而控制浮空器因为昼夜温差变化导致的超热、超压问题。
Claims (1)
1.一种平流层浮空器热控制方法，其特征是：包括浮力球(1)、绞盘(2)、拉绳(3)、重力球(4)、副气囊(5)、充放气装置(6)、压力传感器I(7)、压力传感器II(8)和载荷舱(9)，浮力球(1)充有氦气，主要提供系统的浮力，绞盘(2)用于收放绳，调节拉绳长度，进而调节下球高度，拉绳(3)连接两球，控制两球之间的距离，重力球(4)上为有效载荷，在工作中需要保持高度不变，副气囊(5)在重力球(4)内部，通过控制充放气装置(6)控制副气囊(5)的充放气，调节重力球(4)重量和内部压强，充放气装置(6)由风机和阀门组成，对副气囊(5)进行充放空气，压力传感器I(7)、压力传感器II(8)分别检测重力球(4)内部和外部压强，载荷舱(9)装有有效载荷，包括控制装置；
在日落时，环境温度降低，浮空器浮力减小，压强减小，浮空器高度降低，控制方法为：对重力球(4)副气囊(5)充入空气，保持内部压强。绳子收缩，使重力球高度保持不变。
在日升时，环境温度升高，浮空器浮力增大，压强增大，浮空器高度升高。本控制方案具体为：通过下浮空器副气囊排放空气，保持内部压强。绳子伸展，使下浮空气高度保持不变。
利用上述系统，按照以下步骤进行控制：
在日落时，环境温度降低，浮力球(1)和重力球(4)双球体积减小，浮空器浮力减小，浮空器高度降低，压力传感器I(7)和压力传感器II(8)检测到内外压强P1和P2，将压强信息传回载荷仓(9)中的控制装置，当外部压强大于内部压强，控制装置发出控制指令，打开重力球(4)的充放气装置(6)，让副气囊(5)充入空气，保持内部压强不变，P1＝P2时停止充气；同时，让绞盘(2)开始工作，让拉绳(3)收缩，保持重力球(4)高度不变，重力球(4)保持高度和内部压强不变，可以继续正常工作；
在日升时，环境温度升高，浮力球(1)和重力球(4)双球体积增大，浮空器浮力增大，压强增大，双浮空器高度升高，压力传感器I(7)和压力传感器II(8)检测到内外压强P1和P2，将压强信息传回载荷仓(9)中的控制装置，当外部压强小于内部压强，控制装置发出控制指令，打开重力球(4)的充放气装置(6)，让副气囊(5)排出空气，保持内部压强不变，同时，让绞盘(2)开始工作，让拉绳(3)伸展，保持重力球(4)高度不变，重力球(4)保持高度和内部压强不变，可以继续正常工作。
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