JP2017154595A - Captive balloon system - Google Patents

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一則 高橋
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洋介 高瀬
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a captive balloon system which can control a mooring position of a baloon.SOLUTION: A captive balloon system in which a balloon body and a mooring device are connected to each other via a mooring cable. The balloon body has a main envelope, and a first side envelope and a second side envelope which are attached to the main envelope, and the mooring device has a tension control device which controls a tensile force of the mooring cable. By controlling the tensile force of an operation cable, relative positions of the main envelope, and the first and second side envelopes can be changed. Preferably, the mooring device controls the tensile force of the mooring cable so that a front part of the baloon body approaches a horizontal position as an air velocity is decreased, and the front part of the ballon body is gradually directed upwards as an air velocity is increased. All of the main envelope, and the first and second side envelopes can be so made as to have a cylindrical shape.SELECTED DRAWING: Figure 7

Description

本発明は、係留気球システムに関し、特に気球の移動を抑制可能な係留気球システムに関する。   The present invention relates to a moored balloon system, and more particularly to a moored balloon system capable of suppressing movement of a balloon.

観察・広告・無線通信の中継局などを目的として係留気球が使用されている。従来の係留気球は、気球を地上からのロープ(係留索)でつなぎ止めた構成を有し、したがって、係留範囲(気球の浮遊範囲)はロープの範囲に限定される。しかしながら、風の影響により気球が流されて建物に衝突したりするなど事故の原因となることから、強風時には運用が困難であった。   Moored balloons are used for relay stations for observation, advertisement, and wireless communication. The conventional mooring balloon has a configuration in which the balloon is connected by a rope (mooring line) from the ground, and therefore the mooring range (the floating range of the balloon) is limited to the rope range. However, it was difficult to operate during strong winds because it caused an accident such as a balloon being blown by a wind and colliding with a building.

特許文献1は、スクープ(気球の姿勢安定のために気球本体下部に取り付けられる幕状部材)を透過率が高い部分と低い部分とから構成することにより、機首を風上に向けるように姿勢の安定化(風見安定)を図っている。   Patent Document 1 describes a scoop (curtain-like member attached to the lower part of the balloon body for stabilizing the attitude of the balloon) from a portion with a high transmittance and a portion with a low transmittance so that the nose is directed to the windward. To stabilize the wind (stable weather).

特開2016−7899号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2006-7899

都市部のような建築物が密集している場所で使う場合や、極狭い範囲の空撮を目的とする場合などは、気球の浮遊範囲をロープによって規定される範囲よりも狭い範囲に限定することが必要となる。特許文献1では気球の風見安定が実現できるとしても、風の影響により気球が流されることは防止できない。   When used in places where buildings such as urban areas are dense, or when aiming at aerial photography of a very narrow range, limit the floating range of the balloon to a range narrower than the range specified by the rope It will be necessary. In Patent Document 1, even if the wind vane stability of the balloon can be realized, it is not possible to prevent the balloon from being swept away by the influence of the wind.

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、気球の係留位置を制御可能な係留気球システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a moored balloon system capable of controlling the mooring position of the balloon.

本発明にかかる係留気球システムは、以下の構成を有することによって、気球本体の係留位置を制御可能とする。本発明にかかる係留気球システムは、気球本体と係留装置が係留索を介して接続された係留気球システムである。   The mooring balloon system according to the present invention can control the mooring position of the balloon body by having the following configuration. The mooring balloon system according to the present invention is a mooring balloon system in which a balloon body and a mooring device are connected via a mooring line.

気球本体は、メインエンベロープと、前記メインエンベロープに取り付けられた第1のサイドエンベロープおよび第2のサイドエンベロープと前記メインエンベロープ、前記第1および第2のサイドエンベロープの少なくともいずれかに接続された操縦索とを有する。エンベロープは、球皮とも称され、内部にヘリウムや水素などの軽量の気体を密封する。気球本体は、機首が風上を向くように風見安定な構造を有することが好ましい。   The balloon body has a main envelope, a first side envelope and a second side envelope attached to the main envelope, and a control rope connected to at least one of the main envelope and the first and second side envelopes. And have. The envelope is also called a spherical skin and seals a light gas such as helium or hydrogen inside. It is preferable that the balloon body has a wind-stable structure so that the nose faces the windward side.

前記操縦索の張力を制御することによって、前記メインエンベロープと前記第1のサイドエンベローブと前記第2のサイドエンベロープの相対的な位置を変更可能である。   By controlling the tension of the control rope, the relative positions of the main envelope, the first side envelope, and the second side envelope can be changed.

すなわち、本発明にかかる係留気球システムでは、操縦索の張力制御によって、気球本体の形状を変化させられる。気球の形状変化によって、風が気球本体に与える力を変化させることができる。したがって、風による力および係留索の張力によって気球本体に加えられる力を調整することで、気球本体が移動しないように制御したり、あるいは気球本体
を所望の位置に移動させたりすることが可能である。
That is, in the moored balloon system according to the present invention, the shape of the balloon body can be changed by controlling the tension of the control rope. The force applied by the wind to the balloon body can be changed by changing the shape of the balloon. Therefore, it is possible to control the balloon body so that it does not move or to move the balloon body to a desired position by adjusting the force applied to the balloon body by the wind force and the mooring line tension. is there.

本発明において、操縦索の張力制御は、機械によって行われてもよいし、人手によって行われてもよい。張力制御を機械によって行う場合には、操縦索の張力を制御する張力制御装置を係留装置が備えることができる。操縦索に実際に張力を印加する装置(モータ等)は、気球側(空中)にあってもよいし係留装置側(地上)にあってもよい。   In the present invention, the tension control of the control rope may be performed by a machine or may be performed manually. When tension control is performed by a machine, the mooring device can be provided with a tension control device that controls the tension of the control rope. The device (motor or the like) that actually applies tension to the control line may be on the balloon side (in the air) or on the mooring device side (the ground).

例えば、本発明における係留気球システムは、前記操縦索に接続されたモータを有するように構成できる。この場合、モータが前記張力制御装置からの指示に従って前記操縦索の張力を調整することによって、前記メインエンベロープと前記第1のサイドエンベローブと前記第2のサイドエンベロープの相対的な位置を変更可能である。なお、操縦索およびモータは、係留索に接続されていてもよいし接続されていなくてもよい。例えば、係留索の端部と気球本体の複数の異なる位置を接続する複数の操縦索を有し、それぞれの操縦索の張力をモータにより制御することで、気球の形状を変化させられる。あるいは、両端が気球本体に接続された操縦索の張力をモータにより制御することでも、気球の形状を変化させられる。   For example, the mooring balloon system in the present invention can be configured to have a motor connected to the control line. In this case, the relative positions of the main envelope, the first side envelope, and the second side envelope can be changed by adjusting the tension of the control rope in accordance with an instruction from the tension control device. is there. The control line and the motor may or may not be connected to the mooring line. For example, the shape of the balloon can be changed by having a plurality of control lines that connect the ends of the mooring lines and a plurality of different positions of the balloon body, and controlling the tension of each control line with a motor. Alternatively, the shape of the balloon can be changed by controlling the tension of the control line having both ends connected to the balloon body with a motor.

また、本発明における係留気球システムは、前記操縦索が前記係留索を兼ねており、前記操縦索が前記係留装置と接続されるように構成できる。この場合、係留装置が前記張力制御装置からの指示に従って前記操縦索の張力を調整することによって、前記メインエンベロープと前記第1のサイドエンベローブと前記第2のサイドエンベロープの相対的な位置を変更可能である。   Further, the mooring balloon system according to the present invention can be configured such that the control line also serves as the mooring line, and the control line is connected to the mooring device. In this case, the mooring device can change the relative positions of the main envelope, the first side envelope, and the second side envelope by adjusting the tension of the control rope in accordance with an instruction from the tension control device. It is.

なお、いずれの場合も、操縦索を一本ずつ個別に張力制御できる必要はなく、適宜の単位で複数本の操縦索の張力をまとめて制御するように構成してもよい。   In either case, it is not necessary to individually control the tension of each control line one by one, and the tension of a plurality of control lines may be collectively controlled in an appropriate unit.

本発明における係留装置は、気球が受ける風の風速や風向と操縦索あるいは係留索の張力とに基づいて、操縦索の張力を制御することが好ましい。気球が受ける風の風速や風向は、気球本体に備えられた風速センサや風向センサによって取得すればよい。どのような風および張力のときに、どのように操縦索の張力を制御すればよいかは、あらかじめ定められた規則に従って判断すればよい。この規則は、力学的な計算に基づいて策定することもできるし、実機またはシミュレーションを用いた機械学習によって策定することもできる。   The mooring device in the present invention preferably controls the tension of the control line based on the wind speed and direction of the wind received by the balloon and the tension of the control line or the mooring line. What is necessary is just to acquire the wind speed and wind direction of the wind which a balloon receives with the wind speed sensor and wind direction sensor with which the balloon main body was equipped. What kind of wind and tension should be used to determine how to control the tension of the control line according to a predetermined rule. This rule can be formulated based on dynamic calculation, or can be formulated by machine learning using an actual machine or a simulation.

係留装置による操縦索の張力制御は、上記のパラメータ以外に、例えば、気球本体の係留装置に対する相対的な位置、風向きまたは風に対する気球本体の向き、上空(気球本体付近)での気温・気圧、気球本体内の軽量気体の量や浮力、係留装置に対する気球本体の相対的な位置などに基づいて行うことも好ましい。これらの情報は、気球に備えられたセンサから取得したり、あるいは係留装置によって備えられたセンサから取得したりすることができる。   In addition to the above parameters, the tension control of the control line by the mooring device includes, for example, the relative position of the balloon body to the mooring device, the wind direction or the direction of the balloon body with respect to the wind, the temperature / atmospheric pressure in the sky (near the balloon body), It is also preferable to carry out based on the amount of light gas in the balloon body, the buoyancy, the position of the balloon body relative to the mooring device, and the like. Such information can be acquired from a sensor provided in the balloon or can be acquired from a sensor provided by the mooring device.

本発明における係留装置は、風速が弱いほど前記メインエンベロープと前記第1および第2のサイドエンベロープの水平高さが近い位置になり、風速が強いほど前記第1および第2のサイドエンベロープが前記メインエンベロープよりも低い位置になるように、前記操縦索の張力を制御する、ことが好ましい。また、本発明における係留装置は、風速が弱いほど前記気球本体が水平に近いようになり、風速が強いほど前記気球本体の前方が上向きになるように、前記操縦索の張力を制御する、ことも好ましい。   In the mooring device according to the present invention, the lower the wind speed, the closer the horizontal height of the main envelope and the first and second side envelopes are, and the stronger the wind speed, the more the first and second side envelopes are the main envelope. It is preferable to control the tension of the control rope so that the position is lower than the envelope. In addition, the mooring device according to the present invention controls the tension of the control rope so that the balloon body becomes more horizontal as the wind speed is weaker, and the front of the balloon body faces upward as the wind speed is stronger. Is also preferable.

風が弱いときに水平な形状とすることで、安定的な浮遊が可能になり、かつ横風に対する影響を抑制できる。また、強風のときに、機首を上げたり、サイドエンベロープを狭め
て風を抱えるようにしたりすることで、気球本体に対する浮力が増す。この浮力と風の抵抗により気球本体は前進方向に押し出され、さらに係留索を緊張する(または操縦索全体を均等に緊張する)ことでバランスが保たれることから、気球本体の移動を抑制できる。
By adopting a horizontal shape when the wind is weak, stable floating is possible and the influence on the crosswind can be suppressed. Also, when the wind is strong, the buoyancy against the balloon body increases by raising the nose or narrowing the side envelope to hold the wind. The balloon body is pushed forward by this buoyancy and wind resistance, and further, the balance is maintained by tensioning the mooring line (or evenly tensioning the entire control line), so the movement of the balloon body can be suppressed. .

また、本発明において、メインエンベロープが1対の尾翼を有しており、尾翼が操縦索によって前記係留装置と接続されており、張力制御装置が、前記操縦索の張力を制御することによって前記尾翼も操作する、ことも好ましい。尾翼の操作することで、気球本体に係る力をさらに制御することができる。   In the present invention, the main envelope has a pair of tails, the tails are connected to the mooring device by a control line, and the tension control unit controls the tension of the control line to control the tails. It is also preferable to operate. By operating the tail, the force on the balloon body can be further controlled.

なお、係留装置による操縦索の張力制御によって、気球本体の移動を抑制するだけでなく、気球本体の位置を移動させることができる。さらに、係留装置の直上以外の任意の位置で気球本体の移動を抑制させることができる。   The tension control of the control line by the mooring device can not only suppress the movement of the balloon body but also move the position of the balloon body. Furthermore, the movement of the balloon body can be suppressed at any position other than directly above the mooring device.

本発明において、前記メインエンベロープ、前記第1および第2のサイドエンベロープはいずれも円筒形状とすることができる。さらに、前記第1および第2のサイドエンベロープは、前記メインエンベロープよりも長手方向の長さが短く、前記第1および第2のサイドエンベロープの重心位置は、前記メインエンベロープの重心位置よりも前方に位置する、ようにすることが好ましい。このようにすると、気球本体の前方の浮力が後方の浮力より大きくなり、機首を持ち上げた姿勢を取りやすく、前方からの風に対して空力コントロール性能が向上する。   In the present invention, the main envelope and the first and second side envelopes can all be cylindrical. Further, the first and second side envelopes are shorter in the longitudinal direction than the main envelope, and the gravity center positions of the first and second side envelopes are more forward than the gravity center position of the main envelope. It is preferable to be located. In this way, the buoyancy in front of the balloon body is greater than the buoyancy in the rear, and it is easy to take a posture in which the nose is lifted, and the aerodynamic control performance is improved against wind from the front.

また、本発明において、前記第1および第2のサイドエンベロープは、内部の気体を維持した状態で、前記メインエンベロープから着脱可能である、ことが好ましい。エンベロープ内に導入する軽量気体の投入に時間がかかることや、軽量気体が高価であることから、軽量気体をエンベロープから抜かずに輸送できることが好ましい。気球本体の全体として大きくても、分解して小さくすることで輸送が容易になる。また、輸送後にサイドエンベロープをメインエンベロープに取り付けるだけで、運用開始できる。   Moreover, in this invention, it is preferable that the said 1st and 2nd side envelope is detachable from the said main envelope in the state which maintained internal gas. It is preferable that the lightweight gas can be transported without being extracted from the envelope because it takes time to introduce the lightweight gas to be introduced into the envelope and the lightweight gas is expensive. Even if the balloon main body is large as a whole, it can be easily transported by disassembling and reducing it. In addition, operation can be started simply by attaching the side envelope to the main envelope after transportation.

また、本発明において、係留装置が車両に搭載されており、当該車両は、前記第1および第2のサイドエンベロープの内部の気体を維持した状態で前記気球本体を固定可能な支持部を備えることが好ましい。この支持部には、サイドエンベロープを取り付けられた状態の気球本体も、サイドエンベロープが取り外されたメインエンベロープも、あるいはメインエンベロープから取り外されたサイドエンベロープも固定可能であることが好ましい。車両の支持部に気球あるいはエンベロープを固定することにより、クレーンで機体を持ち上げる必要がなくなり、少人数(数人程度)で気球内のヘリウムガスの補充やメンテナンス、サイドエンベロープの分解結合が容易に行える。   In the present invention, the mooring device is mounted on a vehicle, and the vehicle includes a support portion capable of fixing the balloon body while maintaining the gas inside the first and second side envelopes. Is preferred. It is preferable that the balloon main body with the side envelope attached thereto, the main envelope from which the side envelope is removed, or the side envelope removed from the main envelope can be fixed to the support portion. By fixing the balloon or envelope to the support part of the vehicle, it is not necessary to lift the aircraft with a crane, and a small number of people (about several people) can easily replenish and maintain the helium gas in the balloon and disassemble and combine the side envelopes. .

また、本発明における係留気球システムは、前記係留装置と、前記気球本体に設けられたセンサから得られるセンサデータを取得し無線通信によりデータ送信装置と、を搭載した車両をさらに有する、ことが好ましい。このようにすれば、気球本体を車両で輸送し、任意の場所での運用が可能となる。気球本体に設けられるセンサは任意のセンサであってよく、例えば、可視光カメラ、サーマルカメラ、温度センサ、気圧センサ、風速センサなどを例示することができる。データ送信装置からセンサデータを無線送信することで、遠隔にある装置で、センサデータの確認が行える。また、遠隔地からの指示により、カメラの撮影方向を変更するなどの、センサの制御を行うことも好ましい。   In addition, the mooring balloon system according to the present invention preferably further includes a vehicle on which the mooring device and a data transmission device that acquires sensor data obtained from a sensor provided in the balloon main body and wirelessly communicates are mounted. . In this way, the balloon body can be transported by a vehicle and operated at an arbitrary location. The sensor provided in the balloon main body may be any sensor, and examples thereof include a visible light camera, a thermal camera, a temperature sensor, an atmospheric pressure sensor, and a wind speed sensor. By transmitting the sensor data wirelessly from the data transmission device, the sensor data can be confirmed by a remote device. It is also preferable to perform sensor control such as changing the shooting direction of the camera in accordance with an instruction from a remote place.

また、本発明は、上記手段の少なくとも一部を含む係留気球システムとして捉えることができる。上記構成および処理の各々は技術的な矛盾が生じない限り互いに組み合わせて本発明を構成することができる。   Further, the present invention can be understood as a moored balloon system including at least a part of the above means. Each of the above configurations and processes can be combined with each other as long as no technical contradiction occurs.

本発明によれば、気球本体の係留位置を制御可能であり、例えば、気球本体の係留位置を任意の位置から移動するのを抑制できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the mooring position of a balloon main body can be controlled, for example, it can suppress moving the mooring position of a balloon main body from arbitrary positions.

図1は、係留気球システムを用いた地上監視システムの概要構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a ground monitoring system using a mooring balloon system. 図2(A)〜図2(D)は、気球本体の外観形状を説明する図である。FIG. 2A to FIG. 2D are diagrams illustrating the external shape of the balloon body. 図3(A)〜図3(C)は、気球本体に接続される操縦索を説明する図である。FIG. 3A to FIG. 3C are diagrams illustrating a control rope connected to the balloon body. 図4(A)、図4(B)は、気球本体に接続される操縦索を説明する図である。4 (A) and 4 (B) are diagrams illustrating the control rope connected to the balloon main body. 図5は、張力制御装置による係留索および操縦索の制御を説明する図である。FIG. 5 is a diagram for explaining control of the mooring line and the control line by the tension control device. 図6(A)、図6(B)は弱風時において気球本体を定点に固定する制御を説明する図である。6 (A) and 6 (B) are diagrams illustrating control for fixing the balloon main body to a fixed point during a weak wind. 図7(A)、図7(B)は強風時において気球本体を定点に固定する制御を説明する図である。FIGS. 7A and 7B are diagrams for explaining control for fixing the balloon body to a fixed point during a strong wind. 図8(A)〜図8(D)は気球本体を旋回させる制御を説明する図である。FIG. 8A to FIG. 8D are diagrams illustrating control for turning the balloon body. 図9(A)、9(B)は気球本体を後退または前進させる制御を説明する図である。FIGS. 9A and 9B are diagrams for explaining control for moving the balloon body backward or forward. 図10(A)〜図10(D)は、車両に搭載される支持部を説明する図である。FIG. 10A to FIG. 10D are diagrams illustrating a support portion mounted on a vehicle.

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be exemplarily described in detail with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention only to those unless otherwise specified.

<システム概要>
本発明の第1の実施形態は、係留気球システムを用いた地上監視システムである。図1
は、本実施形態に係る地上監視システムの概要構成を示す。地上監視システムは、気球本体100、係留巻取装置201および張力制御装置202を含む車両200、本部300から構成される。気球本体100を例えば都市部の交差点上空に配置し、気球本体100がカメラ120を用いて地上を撮影する。気球本体100によって撮影された画像は、車両200の伝送装置240から本部300の伝送装置310に送信され、本部300において気球設置位置付近の監視が行える。
<System overview>
The first embodiment of the present invention is a ground monitoring system using a moored balloon system. FIG.
These show the schematic structure of the ground monitoring system which concerns on this embodiment. The ground monitoring system includes a balloon 200, a vehicle 200 including a mooring and winding device 201, and a tension control device 202, and a headquarter 300. The balloon main body 100 is placed, for example, above an intersection in an urban area, and the balloon main body 100 photographs the ground using the camera 120. An image photographed by the balloon main body 100 is transmitted from the transmission device 240 of the vehicle 200 to the transmission device 310 of the headquarter 300, and the headquarter 300 can monitor the vicinity of the balloon installation position.

ここで、都市部の上空に気球本体100を配置する場合、風などの影響により気球本体100が大きく移動すると、気球本体100が周囲の建物にぶつかったりして危険である。そこで、本実施形態においては、気球本体100の形状を係留巻取装置201からの張力制御によって可変とし、気球本体100にかかる力を調整することで、気球本体100が流されないように制御する。   Here, when the balloon main body 100 is arranged over the city, if the balloon main body 100 moves greatly due to the influence of wind or the like, the balloon main body 100 may hit a surrounding building, which is dangerous. Therefore, in the present embodiment, the shape of the balloon main body 100 is made variable by tension control from the mooring take-up device 201, and the force applied to the balloon main body 100 is adjusted to prevent the balloon main body 100 from flowing.

<気球本体100>
図2(A)〜図2(D)は、気球本体100の構造を示す図である。図2(A)は気球本体100の正面図、図2(B)は気球本体100の上面図、図2(C)は気球本体100の背面図、図2(D)は気球本体100の側面図である。これらの図では、気球本体100のエンベロープ(球皮)の形状を説明することを目的とするため、気球本体100に
接続される操縦索や操縦索固定用のフック、あるいは気球本体100が備えるセンサなどは省略している。
<Balloon body 100>
2A to 2D are diagrams showing the structure of the balloon main body 100. FIG. 2A is a front view of the balloon body 100, FIG. 2B is a top view of the balloon body 100, FIG. 2C is a rear view of the balloon body 100, and FIG. 2D is a side view of the balloon body 100. FIG. In these drawings, for the purpose of explaining the shape of the envelope (ball skin) of the balloon main body 100, a control line connected to the balloon main body 100, a hook for fixing the control line, or a sensor included in the balloon main body 100 is provided. Etc. are omitted.

図に示すように、気球本体100は、メインエンベロープ110の両脇にサイドエンベロープ120a,120bを備える。それぞれのエンベロープは略円筒形状をしており、気球本体100は円筒が3つ並んだ3連構造を有する。各エンベロープには、ヘリウムガスなどの軽量気体が充填される。   As shown in the figure, the balloon body 100 includes side envelopes 120 a and 120 b on both sides of the main envelope 110. Each envelope has a substantially cylindrical shape, and the balloon body 100 has a triple structure in which three cylinders are arranged. Each envelope is filled with a light gas such as helium gas.

メインエンベロープ110の後方下側には、1対の尾翼112a,112bが設けられている。尾翼112(以下、尾翼112aおよび112bを総称して、尾翼112と称する)は、気球本体100の姿勢安定のために、車両200(張力制御装置202)からの張力制御によって、開いたり閉じたりする制御が可能である。   A pair of tail vanes 112 a and 112 b are provided on the lower rear side of the main envelope 110. The tail wing 112 (hereinafter, the tail wings 112a and 112b are collectively referred to as the tail wing 112) is opened and closed by tension control from the vehicle 200 (tension control device 202) in order to stabilize the attitude of the balloon body 100. Control is possible.

サイドエンベロープ120(以下、サイドエンベロープ120aおよび120bを総称して、サイドエンベロープ120と称する)は、メインエンベロープ110よりも長手方向の長さが短く、かつその重心位置がメインエンベロープ110の重心位置よりも前側に配置される。したがって、気球本体100は機首前側の方がヘリウムガスの容積が多く浮力が大きいので、機首前方が上向く姿勢(ピッチアップ姿勢)をとる。ピッチアップ姿勢を取ることで、前方からの風に対する空力コントロール性能が向上する。   The side envelope 120 (hereinafter, the side envelopes 120 a and 120 b are collectively referred to as the side envelope 120) is shorter in length in the longitudinal direction than the main envelope 110, and the center of gravity position is smaller than the center of gravity position of the main envelope 110. Arranged on the front side. Accordingly, the balloon main body 100 takes a posture (pitch-up posture) in which the front of the nose is directed upward because the front side of the nose has a large volume of helium gas and a large buoyancy. By taking a pitch-up posture, aerodynamic control performance against wind from the front is improved.

気球本体100は、正面以外から風を受ける場合に回転モーメントが発生する風見安定の構造を有するので、風を受けた場合に自動的に風上を向く。   Since the balloon main body 100 has a wind vane stable structure in which a rotational moment is generated when receiving wind from other than the front, the balloon main body 100 automatically faces upwind when receiving wind.

サイドエンベロープ120a,120bはそれぞれ、接続布(不図示)を介してメインエンベロープ110と接続される。サイドエンベロープ120は、接続布よって規制される範囲内で、メインエンベロープ110に対して移動可能である。典型的には、サイドエンベロープ120はメインエンベロープ110に対して開いたり閉じたりするように相対的に位置を変え、メインエンベロープ110とサイドエンベロープ120がほぼ水平な形状および、サイドエンベロープ120がメインエンベロープ110よりも下方に位置し風を抱え込むような形状をとることができる。   Each of the side envelopes 120a and 120b is connected to the main envelope 110 via a connection cloth (not shown). The side envelope 120 is movable with respect to the main envelope 110 within a range regulated by the connection cloth. Typically, the side envelope 120 is repositioned relative to the main envelope 110 so that the side envelope 120 opens and closes, the main envelope 110 and the side envelope 120 are substantially horizontal, and the side envelope 120 is the main envelope 110. It is possible to take a shape that is located below and holds the wind.

メインエンベロープ110とサイドエンベロープ120は、内部にヘリウムガスを充填した状態のままで、互いに脱着可能に構成される。メインエンベロープ110とサイドエンベロープ120の締結構造は特に限定されないが、飛行運用時に耐えられるだけの十分な強度が必要である。3つのエンベロープを分割可能とすることで地上での輸送が容易となる。   The main envelope 110 and the side envelope 120 are configured to be detachable from each other while being filled with helium gas. The fastening structure of the main envelope 110 and the side envelope 120 is not particularly limited, but it needs to be strong enough to withstand the flight operation. By making the three envelopes separable, transportation on the ground becomes easy.

気球本体100は、地上を撮影するためのPTZカメラ151およびサーマルカメラ153を備える。PTZカメラ151は、本部300からの指令によってパン・チルト・ズーム制御(PTZ制御)が可能な可視光像を取得するカメラである。サーマルカメラ153は、赤外線画像を取得するカメラである。PTZカメラ151およびサーマルカメラ153は、それぞれ3軸シンバル152および154によってカメラの姿勢が維持される。PTZカメラ151およびサーマルカメラ153によって撮影された画像は、車両200に送られ、車両200から本部300に送られる。   The balloon main body 100 includes a PTZ camera 151 and a thermal camera 153 for photographing the ground. The PTZ camera 151 is a camera that acquires a visible light image capable of pan / tilt / zoom control (PTZ control) by a command from the headquarters 300. The thermal camera 153 is a camera that acquires an infrared image. The PTZ camera 151 and the thermal camera 153 maintain their camera postures by three-axis cymbals 152 and 154, respectively. Images taken by the PTZ camera 151 and the thermal camera 153 are sent to the vehicle 200 and sent from the vehicle 200 to the headquarters 300.

気球本体100は、さらに、GPS装置155、風向風速センサ156、気圧センサ157などのセンサを有する。GPS装置155から得られる位置情報、風向風速センサ156から得られる風向風速情報、気圧センサ157から得られる気圧情報は、車両200に送られ、係留巻取装置201の張力制御に利用される。   The balloon body 100 further includes sensors such as a GPS device 155, a wind direction / wind speed sensor 156, and an atmospheric pressure sensor 157. Position information obtained from the GPS device 155, wind direction wind speed information obtained from the wind direction wind speed sensor 156, and atmospheric pressure information obtained from the atmospheric pressure sensor 157 are sent to the vehicle 200 and used for tension control of the mooring take-up device 201.

図3(A)〜図3(C)、および図4(A),4(B)を参照して、気球本体に接続される操縦索について説明する。図3(A)は気球本体100の下面図、図3(B)は気球本体100の正面図、図3(C)は気球本体100の背面図、図4(A)および図4(B)は気球本体100の側面図であり、いずれも操縦索と操縦索固定用のフックを省略せずに記載している。   With reference to FIGS. 3 (A) to 3 (C) and FIGS. 4 (A) and 4 (B), the control rope connected to the balloon body will be described. 3A is a bottom view of the balloon main body 100, FIG. 3B is a front view of the balloon main body 100, FIG. 3C is a rear view of the balloon main body 100, and FIGS. 4A and 4B. FIG. 3 is a side view of the balloon main body 100, in which the control line and the control line fixing hook are not omitted.

メインエンベロープ110には、下面の左右にそれぞれ4個の操縦索固定用のフック118a,118b、および前方および後方に1個ずつのフック118c、118dが取り付けられている。それぞれのフック118a〜118dには、操縦索141a〜141dが接続される。操縦索141a〜141dのもう一方の端部は、サーボモータ130に接続される。サーボモータ130は、車両200の張力制御装置202からの張力制御指示を受け取って、操縦索141a〜141dに印加する張力を調整できる構成となっている。   The main envelope 110 is provided with four control rope fixing hooks 118a and 118b on the left and right sides of the lower surface, and one hook 118c and 118d on the front and rear sides, respectively. The control ropes 141a to 141d are connected to the hooks 118a to 118d, respectively. The other ends of the control ropes 141 a to 141 d are connected to the servo motor 130. The servo motor 130 is configured to receive a tension control instruction from the tension control device 202 of the vehicle 200 and adjust the tension applied to the control ropes 141a to 141d.

サイドエンベロープ120a、120bの下面外側にはそれぞれ4個の操縦索固定用のフック128a,128bが取り付けられている。それぞれのフック128a,128bには、操縦索142a,142bが接続される。操縦索142a,142bも操縦索141a〜141dと同様に、もう一方の端部がサーボモータ130に接続され、張力が調整可能である。   Four control rope fixing hooks 128a and 128b are attached to the outer sides of the lower surfaces of the side envelopes 120a and 120b, respectively. Control ropes 142a and 142b are connected to the hooks 128a and 128b, respectively. Similarly to the control ropes 141a to 141d, the control ropes 142a and 142b are connected to the servo motor 130 at the other end, and the tension can be adjusted.

本実施形態に係る係留気球システムでは、地上から操縦索の張力を制御し、メインエンベロープ110の操縦索141とサイドエンベロープ120の操縦索142の張力を変えることで、サイドエンベロープ120を開いたり閉じたりすることができる。また、気球本体100の前方の操縦索141cと後方の操縦索141dの張力を変えることで、気球本体100の機首を上げたり下げたりする制御が可能である。また、操縦索116の張力制御により、尾翼112を開いたり閉じたりもできる。   In the mooring balloon system according to the present embodiment, the tension of the control line is controlled from the ground, and the tension of the control line 141 of the main envelope 110 and the control line 142 of the side envelope 120 is changed to open or close the side envelope 120. can do. Further, by changing the tension between the front control rope 141c and the rear control rope 141d of the balloon main body 100, the nose of the balloon main body 100 can be controlled to be raised or lowered. In addition, the tail 112 can be opened and closed by controlling the tension of the control line 116.

サーボモータ130は、各操縦索の張力を個別に調整可能であってもよいし、複数の操縦索の張力をまとめて調整可能であってもよい。例えば、サイドエンベロープ120aの4つの操縦索142aの張力をまとめて調整可能なように構成できる。同様に、サイドエンベロープ120aの4つの操縦索142aをまとめて張力制御の対象とし、メインエンベロープの8つの操縦索141a,141bをまとめて張力制御の対象とすることができる。サーボモータ130は、必要な数だけ設けられる。   The servo motor 130 may be capable of individually adjusting the tension of each control line, or may be capable of adjusting the tensions of a plurality of control lines collectively. For example, the tension of the four control ropes 142a of the side envelope 120a can be configured to be adjusted collectively. Similarly, the four control lines 142a of the side envelope 120a can be collectively set as targets for tension control, and the eight control lines 141a and 141b of the main envelope can be set as targets for tension control. The required number of servo motors 130 is provided.

サーボモータ130の付近で操縦索141a〜141d、142a,142bはフックでまとめられ、係留索143に接続される。係留索143のもう一方の端部は、車両200の係留巻取装置201に接続される。係留巻取装置201は係留索143を繰り出したり巻き取ったりすることで、気球本体100の全体の高度(係留巻取装置201からの距離)を調整可能である。なお、係留索143に沿って、車両200と気球本体100の間で電気信号を通信するためのケーブル(LANケーブルなど)も存在する。通信用ケーブルと係留索143はまとめて被覆することで絡まりなどを避けることができる。   In the vicinity of the servo motor 130, the control ropes 141 a to 141 d, 142 a, 142 b are gathered together by hooks and connected to the mooring cable 143. The other end of the mooring line 143 is connected to the mooring and winding device 201 of the vehicle 200. The mooring take-up device 201 can adjust the overall altitude of the balloon main body 100 (distance from the mooring take-up device 201) by feeding or winding the mooring line 143. A cable (such as a LAN cable) for communicating an electrical signal between the vehicle 200 and the balloon main body 100 also exists along the mooring line 143. The communication cable and the mooring cable 143 can be covered together to avoid tangling.

また、メインエンベロープ110の後方には、サーボモータ131a,131bが取り付けられており、サーボモータ131a,131bと尾翼112a,112bが操縦索116a,116bにより接続される。   Servo motors 131a and 131b are attached to the rear of the main envelope 110, and the servo motors 131a and 131b and the tail blades 112a and 112b are connected by the control ropes 116a and 116b.

<車両200>
車両200は、係留巻取装置201、張力制御装置202、記憶装置203、伝送装置204を備える。係留巻取装置201は、気球本体100に接続される係留索143を巻き取ったり繰り出したりする制御を行う。係留巻取装置201は、サーボ機構を有し、張
力制御装置202から指示される目標張力が係留索143に印加されるようにモータを制御する。
<Vehicle 200>
The vehicle 200 includes a mooring winding device 201, a tension control device 202, a storage device 203, and a transmission device 204. The mooring and winding device 201 performs control for winding and unwinding the mooring line 143 connected to the balloon main body 100. The mooring winding device 201 has a servo mechanism, and controls the motor so that the target tension instructed from the tension control device 202 is applied to the mooring line 143.

張力制御装置202は、操縦索141,142の張力と、係留索143の張力と、気球本体100の位置や風向、風速や気圧などとに基づいて、操縦索141,142の張力と係留索143の張力を調整する。本実施形態では、目標張力の決定は張力制御装置202が行うが、係留巻取装置201内に張力制御装置を組み込んでも構わない。   The tension control device 202 determines the tension of the control lines 141 and 142 and the mooring line 143 based on the tension of the control lines 141 and 142, the tension of the mooring lines 143, the position of the balloon main body 100, the wind direction, the wind speed, and the atmospheric pressure. Adjust the tension. In this embodiment, the target tension is determined by the tension control device 202, but a tension control device may be incorporated in the mooring winding device 201.

図5に示すように、係留索143の張力制御の指令は、張力制御装置202から係留巻取装置201に送られる。一方、操縦索141,142の張力制御の指令は、張力制御装置202から通信用ケーブル(係留索143とまとめられている)を介して、サーボモータ130に送られる。   As shown in FIG. 5, the tension control command for the mooring line 143 is sent from the tension control device 202 to the mooring winding device 201. On the other hand, the tension control command for the control ropes 141 and 142 is sent from the tension control device 202 to the servo motor 130 via the communication cable (collected with the mooring cable 143).

張力制御によって、気球本体100の形状を変えたりして気球本体100に加わる力を調整することで、気球本体100を定点に留まるようにしたり、あるいは所望の位置に移動させたりする。   By adjusting the force applied to the balloon main body 100 by changing the shape of the balloon main body 100 by tension control, the balloon main body 100 is kept at a fixed point or moved to a desired position.

張力制御装置202は、各操縦索や係留索の現在の張力を張力センサから取得する。操縦索の張力は、サーボモータ130に設けられたセンサによって取得され、通信用ケーブルを介して張力制御装置202に送られる。また、係留索の張力は係留巻取装置201に設けられたセンサによって取得され、張力制御装置202に送られる。また、張力制御装置202は、気球本体100の相対位置を、気球本体100に設けられたGPS装置155から得られる位置情報と車両200に設けられたGPS装置(不図示)から得られる位置情報の差分により取得する。また、張力制御装置202は、気球本体100が受ける風の影響や上空における気圧を気球本体100に設けられた風向風速センサ156や気圧センサから取得する。   The tension controller 202 acquires the current tension of each control line and mooring line from the tension sensor. The tension of the control rope is acquired by a sensor provided in the servo motor 130 and is sent to the tension control device 202 via a communication cable. The tension of the mooring line is acquired by a sensor provided in the mooring winding device 201 and sent to the tension control device 202. Further, the tension control device 202 determines the relative position of the balloon body 100 based on the position information obtained from the GPS device 155 provided in the balloon body 100 and the position information obtained from the GPS device (not shown) provided in the vehicle 200. Obtain by difference. Further, the tension control device 202 acquires the influence of the wind received by the balloon main body 100 and the atmospheric pressure in the sky from the wind direction / air velocity sensor 156 or the atmospheric pressure sensor provided in the balloon main body 100.

なお、操縦索や係留索の張力制御は、予測される気球内のヘリウムガスの量や浮力の変化を考慮して行うことが好ましい。したがって、張力制御装置202は、気球内のヘリウムガスの量や浮力の変化の予測も行う。   It is preferable to control the tension of the control line and the mooring line in consideration of the predicted amount of helium gas in the balloon and changes in buoyancy. Therefore, the tension controller 202 also predicts the amount of helium gas in the balloon and changes in buoyancy.

係留巻取装置201および張力制御装置202が、どのような状況においてどのように張力制御を行うかの詳細は、後ほど詳しく説明する。   Details of how the mooring take-up device 201 and the tension control device 202 perform tension control in what situation will be described in detail later.

係留巻取装置201は、係留索を均一に保つためのアームを備えており、係留索のたわみを抑制し巻取ドラムにきれいに巻き取ることを可能にしている。係留巻取装置201は、係留索をきれいに巻き取りおよび繰り出すためのケーブル均等装置を備えており、頻繁に係留索を出し入れしても絡まることがないように世決定されている。   The mooring winding device 201 is provided with an arm for keeping the mooring line uniform, and can suppress winding of the mooring line and wind it neatly on the winding drum. The mooring and winding device 201 includes a cable equalizing device for winding and unwinding the mooring line neatly, and has been determined so as not to get entangled even if the mooring line is frequently taken in and out.

係留巻取装置201は、車両200の荷台に設けられた回転台座(不図示)上に設置され、気球本体100の旋回に合わせて回転する。これにより、気球本体100が旋回しても係留索が絡まることを防止できる。   The mooring take-up device 201 is installed on a rotating pedestal (not shown) provided on the loading platform of the vehicle 200 and rotates in accordance with the turning of the balloon main body 100. Thereby, even if the balloon main body 100 turns, it can prevent a mooring line from getting entangled.

制御装置202は、車両200内の各機能部の全体的な制御を行う。具体的には、係留巻取装置201の張力制御、気球内のヘリウムガスや不良の変化の推定、気球内のカメラの制御、気球から送られる画像データの取得および送信などを行う。   The control device 202 performs overall control of each functional unit in the vehicle 200. Specifically, tension control of the mooring and winding device 201, estimation of helium gas in the balloon and changes in defects, control of the camera in the balloon, acquisition and transmission of image data sent from the balloon, and the like are performed.

記憶装置203には、気球内のPZTカメラ151やサーマルカメラ153が撮影した画像データが格納される。伝送装置204は、記憶装置203に格納された画像データを本部の伝送装置301へ送信するための送信機である。通信方式として、無線LANや携
帯電話通信、衛星通信など任意の方式を利用可能である。なお、車両200と本部300との間の通信は、無線通信であっても有線通信であっても、これらの組み合わせであっても構わない。
The storage device 203 stores image data captured by the PZT camera 151 and the thermal camera 153 in the balloon. The transmission device 204 is a transmitter for transmitting the image data stored in the storage device 203 to the transmission device 301 of the headquarters. As a communication method, any method such as wireless LAN, cellular phone communication, satellite communication, etc. can be used. The communication between the vehicle 200 and the headquarter 300 may be wireless communication, wired communication, or a combination thereof.

車両200の荷台には、気球本体100を固定可能な支持部210が備えられる。図10(A)および図10(A)に支持部210の構成を示す。支持部210は、本実施形態では、車両200の荷台に設けられた4本の支持部材211〜214から構成される。支持部材211〜214は、車両200の前後方向に平行であり、中央の2本の支持部材211および212は、外側の2本の支持部材213および214よりも高さが低い。支持部材211〜214は、ヘリウムガスが充填された状態のメインエンベロープ110下面の形状とほぼ一致するように構成される。また、支持部材211〜214全体の高さは、サイドエンベロープ120が取り付けられた状態の気球本体を固定したときに、サイドエンベロープが地上に届かず、かつ、地上からの作業に適した位置に気球本体が位置するような高さとする。   The loading platform of the vehicle 200 is provided with a support portion 210 to which the balloon main body 100 can be fixed. FIG. 10A and FIG. 10A show the structure of the support portion 210. In the present embodiment, the support unit 210 includes four support members 211 to 214 provided on the loading platform of the vehicle 200. The support members 211 to 214 are parallel to the front-rear direction of the vehicle 200, and the two support members 211 and 212 at the center are lower than the two support members 213 and 214 on the outside. The support members 211 to 214 are configured to substantially match the shape of the lower surface of the main envelope 110 filled with helium gas. Further, the height of the entire support members 211 to 214 is such that when the balloon main body with the side envelope 120 attached is fixed, the side envelope does not reach the ground, and the balloon is at a position suitable for work from the ground. The height is such that the body is located.

図10(C)は、サイドエンベロープ120が取り付けられた状態の気球本体を支持部210に固定したときの様子を示す図である。図10(D)は、サイドエンベロープ120が取り付けられた状態の気球本体(メインエンベロープ110)を支持部210に固定したときの様子を示す図である。   FIG. 10C is a diagram showing a state when the balloon main body with the side envelope 120 attached is fixed to the support unit 210. FIG. 10D is a diagram showing a state when the balloon main body (main envelope 110) with the side envelope 120 attached is fixed to the support unit 210.

サイドエンベロープ120が取り付けられた状態の気球本体を支持部210に固定できるので、この状態でヘリウムガスの充填、エンベロープの分解および取り付け、その他のメンテナンス作業を行うことができる。従来の気球システムでは、クレーンで気球を持ち上げたりして作業を行っているので、手間や人手が大量に必要であったが、本実施形態によれば数人程度の少人数で各種の作業が可能となる。   Since the balloon main body with the side envelope 120 attached thereto can be fixed to the support portion 210, helium gas filling, envelope disassembly and attachment, and other maintenance operations can be performed in this state. In the conventional balloon system, since the work is performed by lifting the balloon with a crane, a large amount of labor and manpower is required, but according to the present embodiment, various operations can be performed with a small number of people such as several people. It becomes possible.

また、サイドエンベロープ120は、メインエンベロープ110から取り外し可能であるため、車両200を3台用意すれば、エンベロープ内のヘリウムガスを抜くことなく、車両での気球の輸送が可能となる。分解が必要となるのは、車両での輸送の際には、気球が車両幅よりも大きくならないようにする必要があるためである。本実施形態に係る気球は、エンベロープごとに分解可能なのでヘリウムガスを充填したままの輸送が可能である。   Further, since the side envelope 120 can be detached from the main envelope 110, if three vehicles 200 are prepared, the balloon can be transported in the vehicle without removing the helium gas in the envelope. The reason why disassembly is required is that it is necessary to prevent the balloon from becoming larger than the vehicle width during transportation by vehicle. Since the balloon according to this embodiment can be decomposed for each envelope, the balloon can be transported while being filled with helium gas.

<本部300>
本部300は、伝送装置301を備え、気球本体100から送信される画像データを取得する。本部300は、受信した画像データを表示するための表示装置や、気球本体100あるいはそのカメラに対する指令を送信するための入力装置も備える。
<Headquarters 300>
The head office 300 includes a transmission device 301 and acquires image data transmitted from the balloon body 100. The headquarter 300 also includes a display device for displaying received image data and an input device for transmitting commands to the balloon body 100 or its camera.

<張力制御>
次に、操縦索および係留索の張力制御と、気球本体100の形状の変化や気球本体100に加わる力の変化などとの関係について説明する。なお、図6〜図9は張力制御を説明するための図であり、気球本体や操縦索などの構成を正確に示すものではない点に留意されたい。
<Tension control>
Next, the relationship between the tension control of the control line and the mooring line and the change in the shape of the balloon body 100 and the change in the force applied to the balloon body 100 will be described. 6 to 9 are diagrams for explaining the tension control, and it should be noted that the configurations of the balloon body and the control rope are not accurately shown.

図6(A)、図6(B)は、弱風時に気球本体100を定点に固定する制御を説明する図である。なお、「定点に固定」というのは、気球本体100が完全に静止することを意味するわけではなく、気球本体100が許容範囲より外に移動しないようにすることを意味する。本実施形態においては、気球本体100は上下方向にはどれだけ移動してもよいものとし、水平方向には係留巻取装置201から5度の範囲での移動を許容する。ただし、上下方向に対しても移動を制限するようにしてもよいし、5度よりも大きい範囲、例え
ば10度以内や15度以内の移動を許容するようにしてもよい。
6 (A) and 6 (B) are diagrams illustrating control for fixing the balloon body 100 to a fixed point during a weak wind. “Fixed to a fixed point” does not mean that the balloon main body 100 is completely stationary, but means that the balloon main body 100 does not move out of the allowable range. In the present embodiment, the balloon main body 100 may be moved in any amount in the vertical direction, and is allowed to move in the range of 5 degrees from the mooring and winding device 201 in the horizontal direction. However, the movement may be limited also in the vertical direction, and movement within a range larger than 5 degrees, for example, within 10 degrees or within 15 degrees may be allowed.

弱風時には、図6(A)に示すように、メインエンベロープ110とサイドエンベロープ120がほぼ水平な形状(以下、サイドエンベロープ120が開いた形状ともいう)を取るように、張力制御装置202は操縦索の張力制御を行う。具体的には、操縦索118aと118bの張力を緩めることでサイドエンベロープ120が開くように制御し、操縦索118cと118dにほぼ同一の張力を印加することで気球本体100が水平になるように制御する。張力制御装置202は、または、操縦索116を緩めて、尾翼112が下方向を向くように制御する。   When the wind is weak, as shown in FIG. 6A, the tension control device 202 is operated so that the main envelope 110 and the side envelope 120 have a substantially horizontal shape (hereinafter also referred to as an open shape of the side envelope 120). Control the tension of the rope. Specifically, the side envelope 120 is controlled to be opened by loosening the tension of the control ropes 118a and 118b, and the balloon main body 100 is leveled by applying substantially the same tension to the control ropes 118c and 118d. Control. The tension control device 202 or loosens the control cord 116 to control the tail 112 to face downward.

エンベロープの三連構造を水平にすることで、機首から尾翼に風が抜けて安定的な浮遊が可能になる。また、横風を受ける面積が減ることから、横風の影響を少なくできる。また、尾翼を下方向にすることで、気球本体100をより水平に保てる。   By leveling the triple structure of the envelope, the wind can escape from the nose to the tail, enabling stable floating. Moreover, since the area which receives a cross wind reduces, the influence of a cross wind can be decreased. Moreover, the balloon main body 100 can be kept more horizontal by setting the tail wing downward.

係留巻取装置201は、風力に応じた緊張力で係留索143を引っ張ることで、気球本体100に係る浮力と緊張力を合成した力(推進力として示されている)が、風が気球本体100を後方に押す力と釣り合うようにする。これにより、気球本体100は、定点に留まる。   The mooring and winding device 201 pulls the mooring cable 143 with a tension force according to the wind force, so that a force (shown as a propulsive force) that combines the buoyancy and the tension force related to the balloon body 100 is converted into the wind balloon body. Balance with the force pushing 100 backwards. Thereby, the balloon main body 100 remains at a fixed point.

図7(A)、図7(B)は、強風時に気球本体100を定点に固定する制御を説明する図である。強風時には、図7(A)に示すように、サイドエンベロープ120がメインエンベロープ110よりも下側に位置する形状(以下、サイドエンベロープ120が閉じた形状ともいう)を取るように、張力制御装置202は操縦索の張力制御を行う。具体的には、操縦索142a,142bの張力が操縦索141a〜141dの張力よりも大きくなるように制御する。張力制御装置202はまた、操縦索141cの張力を操縦索141dの張力よりも大きくして気球本体100の前方が上向きになるように制御する。張力制御装置202はまた、操縦索116の張力を大きくして尾翼112が弱風時よりも上方向を向くように制御する。   FIGS. 7A and 7B are diagrams illustrating control for fixing the balloon main body 100 to a fixed point during a strong wind. When the wind is strong, as shown in FIG. 7A, the tension control device 202 has a shape in which the side envelope 120 is positioned below the main envelope 110 (hereinafter also referred to as a closed shape). Controls the tension of the control line. Specifically, control is performed so that the tension of the control ropes 142a and 142b is larger than the tension of the control ropes 141a to 141d. The tension controller 202 also controls the control line 141c to be larger than the control line 141d so that the front of the balloon body 100 faces upward. The tension control device 202 also increases the tension of the control rope 116 so as to control the tail 112 so as to face upward as compared with when the wind is weak.

サイドエンベロープ120を閉じることで、風を抱え込むようにできる。正面からの風はメインエンベロープ110付近に集められ後方に抜ける。これにより気球本体100の浮力を増すことができる。また、気球本体100は前方が軽量であることと操縦索141c、141dの張力制御により上向きの姿勢をとり、さらに尾翼112を上向きとしていることから気球本体100は上向きの姿勢でより安定する。なお、操縦索141c、141dの張力制御に頼らずに風の力のみによって気球本体が上向きを取るようにしてもよい。気球本体100を上向きの姿勢とすることで、気球本体100にかかる浮力が大きくなり、気球本体100の高度を変えずにより強い緊張力で係留索全体を引っ張ることができる。したがって、浮力と緊張力を合成した力(推進力として示されている)を大きくすることができ、強風によって気球本体100が後方に押される大きな力と釣り合いを取ることができる。これにより、気球本体は、強風時にも定点に留まる。   By closing the side envelope 120, the wind can be held. The wind from the front is collected near the main envelope 110 and escapes backward. Thereby, the buoyancy of the balloon main body 100 can be increased. Further, since the balloon body 100 is light in front and takes an upward posture by controlling the tension of the control ropes 141c and 141d, and further has the tail 112 upward, the balloon body 100 is more stable in the upward posture. Note that the balloon body may be directed upward only by the wind force without depending on the tension control of the control ropes 141c and 141d. By setting the balloon body 100 in an upward posture, the buoyancy applied to the balloon body 100 is increased, and the entire mooring line can be pulled with a stronger tension without changing the altitude of the balloon body 100. Therefore, the force (shown as propulsive force) that combines buoyancy and tension can be increased, and can be balanced with the large force that pushes the balloon body 100 backward by strong wind. Thereby, the balloon main body remains at a fixed point even in a strong wind.

次に、気球本体100の係留点(定点)を移動させる際の制御について説明する。図8
8(A)、図8(B)は、気球本体100を風向きとは異なる方向に向かせるための制御を説明する図である。上述したように、気球本体100は風見安定により、通常は機首が風上の方向を向く。
Next, the control when moving the mooring point (fixed point) of the balloon body 100 will be described. FIG.
8 (A) and FIG. 8 (B) are diagrams illustrating control for directing the balloon body 100 in a direction different from the wind direction. As described above, the balloon main body 100 normally has its nose facing the windward direction due to wind vane stabilization.

機首を左旋回させる場合には、左側の尾翼112aを下向きにし、右側の尾翼112bを上向きにすればよい。具体的には、操縦索116aを緩め、操縦索116bを巻き取るように制御する。こうすることで、正面から風を受けた場合に気球本体100が左方向の回転モーメントを受けるようにできる。これにより、気球本体100は左旋回し、斜め(
右前方向)からの風と釣り合う向きに機首を向かせることができる。機首を右旋回させる場合には、同様に、右側の尾翼112bを下向きにし、左側の尾翼112aを上向きにすればよい。
In order to turn the nose to the left, the left tail 112a may be directed downward and the right tail 112b may be directed upward. Specifically, the control line 116a is controlled to be loosened and the control line 116b is wound up. By doing so, the balloon body 100 can receive a leftward rotational moment when receiving wind from the front. As a result, the balloon body 100 turns counterclockwise and is tilted (
The nose can be turned in a direction that balances with the wind from the front right). In the case of turning the nose to the right, similarly, the right tail 112b may be directed downward and the left tail 112a may be directed upward.

気球本体100の機首を所望の方向に向けた状態で、気球本体100を前または後ろに移動させることで、気球本体100を所望の位置に移動させることができる。図9(A)は気球本体100を後退させる場合の制御、図9(B)は気球本体100を前進させる場合の制御を示す。基本的には、係留索全体の緊張力を弱めることで、推進力が減り、気球本体100が後退する。逆に、係留索全体の緊張力を強めることで、推進力が増加し、気球本体100が前進する。この際、気球本体100の上下方向の移動を抑制できるように、気球全体の傾斜を制御して浮力を調整するとよい。   The balloon body 100 can be moved to a desired position by moving the balloon body 100 forward or backward with the nose of the balloon body 100 directed in a desired direction. FIG. 9A shows the control when the balloon body 100 is moved backward, and FIG. 9B shows the control when the balloon body 100 is moved forward. Basically, by weakening the tension of the entire mooring line, the propulsive force is reduced and the balloon body 100 moves backward. Conversely, by increasing the tension of the entire mooring line, the propulsive force increases and the balloon body 100 moves forward. At this time, the buoyancy may be adjusted by controlling the inclination of the entire balloon so that the vertical movement of the balloon body 100 can be suppressed.

定点を所望の位置に移動させた後は、張力制御装置202は、気球本体100が当該定点から移動しないように張力制御を行えば、気球本体100を新たな定点に固定することができる。すなわち、本実施形態においては、気球本体100を所望の定点に固定させることができる。   After the fixed point is moved to a desired position, the tension control device 202 can fix the balloon main body 100 to a new fixed point by performing tension control so that the balloon main body 100 does not move from the fixed point. That is, in this embodiment, the balloon main body 100 can be fixed to a desired fixed point.

以上の制御は、各操縦索および係留索の張力、係留巻取装置201と気球本体100の相対位置、気球本体100が受ける風の向きと力、気圧などに基づいて張力制御装置202が行うことができる。具体的には、気球本体100に加わる力が所定の向きと量になるように、予め定められた制御を行えばよい。制御モデルは、例えば、シミュレーションや実機を用いた機械学習によって生成することもできる。   The above control is performed by the tension controller 202 based on the tension of each control line and mooring line, the relative position between the mooring take-up device 201 and the balloon body 100, the direction and force of the wind received by the balloon body 100, the atmospheric pressure, and the like. Can do. Specifically, a predetermined control may be performed so that the force applied to the balloon main body 100 has a predetermined direction and amount. The control model can also be generated by, for example, simulation or machine learning using an actual machine.

気球本体100の制御には、浮力の把握も重要である。気球本体100のヘリウムガスの量や浮力の変化は、ヘリウムガスを充填してからの経過時間と気候の影響を受けて変化する。制御装置202は、ヘリウムガスや浮力の変化を、経過時間(滞空時間)と気候状況(気圧や気温)と気球素材の透過率とを入力パラメータとするシミュレーションによって推定する。制御装置202は、推定された気球本体100の浮力も考慮して、張力制御を行うことが好ましい。   In order to control the balloon main body 100, it is important to grasp the buoyancy. Changes in the amount of helium gas and buoyancy in the balloon main body 100 vary depending on the elapsed time after filling the helium gas and the influence of the climate. The control device 202 estimates changes in helium gas and buoyancy by simulation using elapsed time (dwelling time), climatic conditions (atmospheric pressure and temperature), and the transmittance of the balloon material as input parameters. The control device 202 preferably performs tension control in consideration of the estimated buoyancy of the balloon body 100.

係留巻取装置201は、また、特に突風時や緊急時には特別な制御を行うことも好ましい。例えば、突風時には、許容される範囲内で気球本体100を泳がせ、風が弱くなった時点で係留索を巻き取ったり、気球本体100を移動させたりして、気球本体100を定点(係留位置)に戻す制御を行ってもよい。また、緊急時(非常時)には、係留巻取装置201は、係留索の強制巻取をおこない緊急帰着させることが好ましい。   It is also preferable that the mooring and winding device 201 perform special control particularly in a gust or emergency. For example, during a gust of wind, the balloon body 100 is allowed to swim within an allowable range, and when the wind becomes weak, the mooring line is wound up or the balloon body 100 is moved to fix the balloon body 100 at a fixed point (a mooring position). You may perform control to return to. Further, in an emergency (emergency), the mooring and winding device 201 preferably performs forced winding of the mooring line to make an emergency return.

<実施形態の有利な効果>
本実施形態によれば、地上の車両200(張力制御装置202)からの操縦索の張力制御によって、気球本体100の形状を可変としている。これにより、気球本体100が風から受ける力を制御することができ、係留索の緊張力の制御と合わせて、気球本体100を上空の係留位置(定点)に留めることが可能となる。気球本体の浮遊範囲を限定することで、建物などの障害物が多い都市部などの環境においても、気球を運用することができるようになる。
<Advantageous Effects of Embodiment>
According to this embodiment, the shape of the balloon main body 100 is made variable by controlling the tension of the control rope from the vehicle 200 (tension control device 202) on the ground. Thereby, the force received from the wind by the balloon main body 100 can be controlled, and the balloon main body 100 can be kept at the mooring position (fixed point) in the sky together with the control of the tension force of the mooring line. By limiting the floating range of the balloon body, the balloon can be operated even in an environment such as an urban area where there are many obstacles such as buildings.

また、サイドエンベロープ120をメインエンベロープ110よりも前方に配置することで、前方の浮力を大きくし、ピッチアップ姿勢を取るようにしている。これにより、前方からの風に対して空力コントロール性能が向上する。   Further, by arranging the side envelope 120 in front of the main envelope 110, the front buoyancy is increased and a pitch-up posture is taken. Thereby, aerodynamic control performance improves with respect to the wind from the front.

また、サイドエンベロープ120をメインエンベロープ110から脱着可能としているので、高価なヘリウムガスを抜くことなく気球本体を分解して、個別に輸送することがで
きる。また、輸送後はヘリウムガスの再充填を行う必要なく、サイドエンベロープ120をメインエンベロープ110に取り付けるだけで運用を開始できる。
Further, since the side envelope 120 can be detached from the main envelope 110, the balloon body can be disassembled and transported individually without removing expensive helium gas. Further, after the transportation, the operation can be started only by attaching the side envelope 120 to the main envelope 110 without refilling with helium gas.

<変形例>
上記の実施形態は、本発明の実施するための例示的な一実施例であり、本発明を上記の実施形態に限定するものではない。
<Modification>
The above embodiment is an exemplary embodiment for carrying out the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiment.

操縦索の張力調整は、上記以外の構成によっても達成できる。上記の例では、操縦索と係留索がフックを介して接続されているが、操縦索と係留索は気球本体を介して接続されていてもよい。すなわち、係留索の一端が気球本体に接続され、操縦索は両端が例えばメインエンベロープとサイドエンベロープと接続されてもよい。このような構成によって、操縦索の張力制御によって、サイドエンベロープを閉じたり開いたりできる。   Adjustment of the tension of the control rope can be achieved by a configuration other than the above. In the above example, the control line and the mooring line are connected via a hook, but the control line and the mooring line may be connected via a balloon body. That is, one end of the mooring line may be connected to the balloon main body, and both ends of the control line may be connected to, for example, the main envelope and the side envelope. With such a configuration, the side envelope can be closed or opened by controlling the tension of the control rope.

また、操縦索の張力を調整するモータは、気球本体100付近に設けなくてもよい。例えば、個々の操縦索を車両200まで延ばして、車両200に設けられたモータによって操縦索の張力を調整してもよい。この場合、まとめて張力制御の対象とする操縦索については、複数を1つにまとめても構わない。なお、操縦索を車両200(係留巻取装置201)に接続する構成では、操縦索が係留索を兼ねるようにもできる。すなわち、操縦索全体を繰り出したり巻き取ったりすることで、気球本体の高度を調整可能である。   Further, the motor for adjusting the tension of the control rope may not be provided near the balloon main body 100. For example, each control line may be extended to the vehicle 200, and the tension of the control line may be adjusted by a motor provided in the vehicle 200. In this case, a plurality of control ropes collectively subject to tension control may be combined into one. In the configuration in which the control line is connected to the vehicle 200 (the mooring and winding device 201), the control line can also serve as the mooring line. That is, the altitude of the balloon body can be adjusted by extending or winding the entire control line.

また、操縦索の張力制御は必ずしも機械によって行われる必要はなく、人手によって張力の制御が行われてもよい。上記のように操縦索を車両200まで垂らす構成では、操縦者が操縦索を直接操作して、気球本体の姿勢や位置などを制御することができる。   Further, the tension control of the control rope does not necessarily need to be performed by a machine, and the tension may be controlled manually. In the configuration in which the control rope is hung down to the vehicle 200 as described above, the operator can directly control the control rope to control the attitude and position of the balloon body.

例えば、係留気球システムの用途は、都市部における地上の監視に限定される分けではない。例えば、農地における農作物の監視にも適用できる。あるいは、広告目的や、無線通信の中継局(基地局)としても利用可能である。係留気球システムの用途は特に限定されない。   For example, the use of the mooring balloon system is not limited to ground monitoring in urban areas. For example, the present invention can be applied to monitoring crops on farmland. Alternatively, it can be used for advertising purposes or as a wireless communication relay station (base station). The use of the moored balloon system is not particularly limited.

また、気球本体として、円筒形状のエンベロープが3個連なった形状を例に説明したが、係留索を用いて気球の形状を変えられる構造であれば、上記の構造に限る必要はない。特に、気球本体が、水平な形状と、風を抱きかかえられるような上側に膨らんだ形状をとることができれば、本発明の目的を達成することができる。気球本体は、例えば、円筒形のエンベロープが4個以上連なった形状としてもよいし、円筒形以外のエンベロープが複数個連なった形状としてもよい。   In addition, the balloon main body has been described as an example of a shape in which three cylindrical envelopes are connected. However, as long as the balloon shape can be changed using a mooring line, the structure is not necessarily limited to the above structure. In particular, the object of the present invention can be achieved if the balloon main body can take a horizontal shape and a shape bulging upward so as to hold the wind. The balloon main body may have, for example, a shape in which four or more cylindrical envelopes are connected, or a shape in which a plurality of envelopes other than the cylindrical shape are connected.

100:気球本体
110:メインエンベローブ
112a,112b:尾翼
120a,120b:サイドエンベロープ
201:係留巻取装置
202:張力制御装置
100: Balloon body 110: Main envelopes 112a, 112b: Tail 120a, 120b: Side envelope 201: Mooring winder 202: Tension control device

前記操縦索の張力を制御することによって、前記メインエンベロープと前記第1のサイドエンベローと前記第2のサイドエンベロープの相対的な位置を変更可能である。 Wherein by controlling the tension of the steering ropes, it is possible to change the relative position of the main envelope and said first side end bellows-flop and the second side envelope.

例えば、本発明における係留気球システムは、前記操縦索に接続されたモータを有するように構成できる。この場合、モータが前記張力制御装置からの指示に従って前記操縦索の張力を調整することによって、前記メインエンベロープと前記第1のサイドエンベローと前記第2のサイドエンベロープの相対的な位置を変更可能である。なお、操縦索およびモータは、係留索に接続されていてもよいし接続されていなくてもよい。例えば、係留索の端部と気球本体の複数の異なる位置を接続する複数の操縦索を有し、それぞれの操縦索の張力をモータにより制御することで、気球の形状を変化させられる。あるいは、両端が気球本体に接続された操縦索の張力をモータにより制御することでも、気球の形状を変化させられる。 For example, the mooring balloon system in the present invention can be configured to have a motor connected to the control line. In this case, by adjusting the tension of the steering rope in accordance with instructions from the motor is the tension controller, changes the relative position of the main envelope and said first side end bellows-flop and the second side envelope Is possible. The control line and the motor may or may not be connected to the mooring line. For example, the shape of the balloon can be changed by having a plurality of control lines that connect the ends of the mooring lines and a plurality of different positions of the balloon body, and controlling the tension of each control line with a motor. Alternatively, the shape of the balloon can be changed by controlling the tension of the control line having both ends connected to the balloon body with a motor.

また、本発明における係留気球システムは、前記操縦索が前記係留索を兼ねており、前記操縦索が前記係留装置と接続されるように構成できる。この場合、係留装置が前記張力制御装置からの指示に従って前記操縦索の張力を調整することによって、前記メインエンベロープと前記第1のサイドエンベローと前記第2のサイドエンベロープの相対的な位置を変更可能である。 Further, the mooring balloon system according to the present invention can be configured such that the control line also serves as the mooring line, and the control line is connected to the mooring device. In this case, by adjusting the tension of the steering rope mooring device in accordance with an instruction from the tension controller, the main envelope and said first side end bellows up the relative position of the second side envelope It can be changed.

100:気球本体
110:メインエンベロー
112a,112b:尾翼
120a,120b:サイドエンベロープ
201:係留巻取装置
202:張力制御装置
100: Balloon body 110: Main en Bellows-flop 112a, 112b: tail 120a, 120b: Side Envelope 201: mooring retractor 202: tension controller

Claims (13)

気球本体と係留装置が係留索を介して接続された係留気球システムであって、
前記気球本体は、メインエンベロープと、前記メインエンベロープに取り付けられた第1のサイドエンベロープおよび第2のサイドエンベロープと、前記メインエンベロープ、前記第1および第2のサイドエンベロープの少なくともいずれかに接続された操縦索とを有し、
前記操縦索の張力を制御することによって、前記メインエンベロープと前記第1のサイドエンベローブと前記第2のサイドエンベロープの相対的な位置を変更可能である、
ことを特徴とする、係留気球システム。
A mooring balloon system in which a balloon body and a mooring device are connected via a mooring line,
The balloon body is connected to at least one of a main envelope, a first side envelope and a second side envelope attached to the main envelope, and the main envelope and the first and second side envelopes. A control rope,
By controlling the tension of the control rope, the relative positions of the main envelope, the first side envelope and the second side envelope can be changed.
A mooring balloon system.
前記操縦索に接続されたモータを有し、当該モータが前記張力制御装置からの指示に従って前記操縦索の張力を調整することによって、前記メインエンベロープと前記第1のサイドエンベローブと前記第2のサイドエンベロープの相対的な位置を変更可能である、
請求項1に記載の係留気球システム。
A motor connected to the control line, and the motor adjusts the tension of the control line in accordance with an instruction from the tension control device, whereby the main envelope, the first side envelope, and the second side The relative position of the envelope can be changed,
The moored balloon system according to claim 1.
前記操縦索が前記係留索を兼ねており、前記操縦索が前記係留装置と接続されており、
前記係留装置が前記張力制御装置からの指示に従って前記操縦索の張力を調整することによって、前記メインエンベロープと前記第1のサイドエンベローブと前記第2のサイドエンベロープの相対的な位置を変更可能である、
請求項1に記載の係留気球システム。
The control line also serves as the mooring line, and the control line is connected to the mooring device;
The relative position of the main envelope, the first side envelope and the second side envelope can be changed by the mooring device adjusting the tension of the control rope in accordance with an instruction from the tension control device. ,
The moored balloon system according to claim 1.
前記気球本体は、風速センサを有し、
前記係留装置は、前記風速センサから得られる風速と前記操縦索の張力とに基づいて、前記操縦索の張力を制御する、
請求項1から3のいずれか1項に記載の係留気球システム。
The balloon body has a wind speed sensor,
The mooring device controls the tension of the control rope based on the wind speed obtained from the wind speed sensor and the tension of the control rope.
The moored balloon system according to any one of claims 1 to 3.
前記係留装置は、風速が弱いほど前記メインエンベロープと前記第1および第2のサイドエンベロープの水平高さが近い位置になり、風速が強いほど前記第1および第2のサイドエンベロープが前記メインエンベロープよりも低い位置になるように、前記操縦索の張力を制御する、
請求項1から4のいずれか1項に記載の係留気球システム。
The mooring device is such that the lower the wind speed, the closer the horizontal height of the main envelope and the first and second side envelopes are, and the stronger the wind speed, the more the first and second side envelopes are from the main envelope. Control the tension of the control rope so that it is also in a low position,
The moored balloon system according to any one of claims 1 to 4.
前記係留装置は、風速が弱いほど前記気球本体が水平に近いようになり、風速が強いほど前記気球本体の前方が上向きになるように、前記操縦索の張力を制御する、
請求項1から5のいずれか1項に記載の係留気球システム。
The mooring device controls the tension of the control rope so that the balloon body becomes closer to horizontal as the wind speed is weaker, and the front of the balloon body is upward as the wind speed is stronger.
The moored balloon system according to any one of claims 1 to 5.
前記メインエンベロープは、1対の尾翼を有しており、
前記尾翼は、操縦索と接続されており、
前記張力制御装置は、前記操縦索の張力を制御することによって前記尾翼も操作する、
請求項1から6のいずれか1項に記載の係留気球システム。
The main envelope has a pair of tails,
The tail is connected to a control line;
The tension control device also operates the tail by controlling the tension of the control rope;
The moored balloon system according to any one of claims 1 to 6.
前記メインエンベロープ、前記第1および第2のサイドエンベロープはいずれも円筒形状である、
請求項1から7のいずれか1項に記載の係留気球システム。
The main envelope and the first and second side envelopes are all cylindrical.
The moored balloon system according to any one of claims 1 to 7.
前記第1および第2のサイドエンベロープは、前記メインエンベロープよりも長手方向の長さが短く、
前記第1および第2のサイドエンベロープの重心位置は、前記メインエンベロープの重心位置よりも前方に位置する、
請求項8に記載の係留気球システム。
The first and second side envelopes are shorter in the longitudinal direction than the main envelope,
The centroid position of the first and second side envelopes is located in front of the centroid position of the main envelope,
The moored balloon system according to claim 8.
前記第1および第2のサイドエンベロープは、内部の気体を維持した状態で、前記メインエンベロープから着脱可能である、
請求項1から9のいずれか1項に記載の係留気球システム。
The first and second side envelopes are detachable from the main envelope while maintaining an internal gas.
The moored balloon system according to any one of claims 1 to 9.
前記係留装置は、車両に搭載されており、
前記車両には、前記第1および第2のサイドエンベロープの内部の気体を維持した状態で前記気球本体を固定可能な支持部を備える、
請求項1から10のいずれか1項に記載の係留気球システム。
The mooring device is mounted on a vehicle,
The vehicle includes a support portion capable of fixing the balloon main body while maintaining the gas inside the first and second side envelopes.
The mooring balloon system according to any one of claims 1 to 10.
前記係留装置と、前記気球本体に設けられたセンサから得られるセンサデータを取得し無線通信によりデータ送信装置と、を搭載した車両をさらに有する、
請求項1から11のいずれか1項に記載の係留気球システム。
The vehicle further includes the mooring device and a data transmission device that obtains sensor data obtained from a sensor provided in the balloon body and wirelessly communicates.
The tethered balloon system according to any one of claims 1 to 11.
前記係留装置と、前記気球本体に搭載されたセンサから取得されるセンサ情報を無線通信により送信する伝送装置と、を搭載した車両を備える、
請求項1から12のいずれか1項に記載の係留気球システム。
A vehicle equipped with the mooring device and a transmission device for transmitting sensor information acquired from a sensor mounted on the balloon body by wireless communication;
The moored balloon system according to any one of claims 1 to 12.
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