一种临近空间气球系统的制作方法

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1.本实用新型属于空间飞行器技术领域，尤其涉及一种临近空间气球系统。

背景技术：

2.临近空间气球是一种可长时间在距海平面20～100km高的空间区域执行飞行任务的飞行器，主要包括超压式气球和零压式气球两类，相对于其他飞行器，它具有飞行高度高、成本低、滞空时间长等优势。利用临近空间气球携带相应的工作载荷，可实现气象环境监测、区域通信、国土普查、城市交通监测、地球探测、天文观测及高空探险旅游等应用目的。
3.通常临近空间气球（简称“气球”）主要包括气囊、阀门组件、降落伞等三部分,其中，气囊采用超薄柔性复合材料制造，具有容积大、气密性好的特点，用于充填浮升气体使气球系统获得足够升力升空，阀门组件由放气阀、安全控制器件、传感器及应急电源等部分组成，在地面控制指令或程序控制下，通过阀门组件可实现对气球的飞行高度、位置等状态的调控，载荷回收伞居中连接工作载荷与气囊，主要用于气球搭载的工作载荷安全着陆回收。
4.在完成气球各组成部分的制造、测试后，对气球各组成部分进行可靠存贮、运输，并且在飞行试验过程中，安全、快速完成系统集成和发放，是保障临近空间气球能够成功放飞、长期驻空的关键。
5.传统的临近空间气球采用各部分独立包装、分开存放、再集中运输到试验场，在试验场将气球展开，对组成部分依次完成集成装配和测试，在等待并获得较平稳的气象条件后，对气囊充气，将气球系统发放升空，这种气球及其发放方法存在如下技术不足：
6.1）效率低：气球发放前的准备和总装时间长，需要在试验现场临时进行结构、电气集成装配，地面底座组成复杂，装置的部署和位置调整耗时长，仅气球系统发放准备时间达到4h以上，难以满足临近空间气球快速发放、快速部署需求。
7.2）工作量大，劳动强度大：气球的发放前的准备工作任务重，工作强度大，气球发放过程中，工作岗位较多，需要较庞大的试验队伍支撑气球发放操作，因此临近空间气球发放试验成本较高。
8.3）环境适应性不足，气球受气象条件，尤其是风和雨的影响较大，等待满足发放的气象条件时间长，且发放时间窗口难以确定，风向的改变或者短时的阵风都可能造成气球受损，试验任务终止。
9.4）安全性不足：气球离地前，试验场上气球系统的各组成部分、供电线路及辅助绳索等试验器材、物资交叉布置，易造成操作人员人身伤害或系统组成部分受损；并且，气囊部件在现场展开作业过程中也易受到意外损伤，致使飞行试验任务提前终止。
10.因此，有必要提供一种技术手段解决上述不足。

技术实现要素：

11.本实用新型目的在于提供一种临近空间气球系统，以解决临近空间气球现场部署和发放效率低技术问题。
12.为实现上述目的，本实用新型的具体技术方案如下：
13.一种临近空间气球系统，该系统包括储运筒及设置在所述储运筒内的临近空间气球，所述储运筒的筒体由至少两个边缘相互对接的外壳组成，所述外壳之间通过多组分离装置可拆卸连接。
14.由此，本实用新型采用一体化集成储运模式的临近空间气球系统，可以在气球发放前省去繁琐的现场部署气球的程序，通过多组分离装置控制外壳打开，省去人工现场拆卸，实现气球的快速发放。
15.进一步，所述分离装置为爆炸螺栓、电点火切割器或，可实现外壳的快速分离。
16.进一步，所述筒体顶部设置有系留索保护器，所述系留索保护器上设有通孔，系留索从通孔中穿过，所述通孔的内壁光滑，可以避免系留索磨损或卡滞。
17.再进一步，所述储运筒的底端设有底盖，所述底盖由两块隔板通过可脱离式铰链连接而成，所述底盖的中心处设有通孔。
18.更进一步，所述储运筒的顶端设有顶罩，所述顶罩与储运筒可拆卸连接，所述顶罩内设置有限位工装，所述临近空间气球的上端与所述限位工装连接。
19.此外，所述顶罩和筒体的内壁面贴附表面光滑的硬质泡沫塑料，所述硬质泡沫塑料的厚度为10mm~50mm。所述硬质泡沫塑料的厚度优选为40mm，以便降低储运筒内温湿度受外界环境的影响，并且通过泡沫塑料在储运筒内构成内表面光滑、隔热良好的密封腔。所述储运筒截面形状可以设置为：“外矩形+内圆形”、“外正多边形+内圆形”的组合样式，以提高临近空间气球系统在储运过程中的稳定性和空间利用率。
20.此外，所述筒体分为气囊舱和降落伞舱，所述气囊舱和/或降落伞舱的侧壁上设有舱门，便于气囊和降落伞装入储运筒及对临近空间气球系统的发放状态检查。
21.本实用新型具有以下优点：
22.本实用新型将临近空间气球在储运前集成装配于一体，适应于系统的长期存储和长途运输，无须在试验现场临时进行结构、电气集成装配，有利于临近空间气球系统后续快速完成发放准备工作。
附图说明
23.图1中a）为储运筒结构示意图，b)为临近空间气球系统结构示意图；
24.图2为本实用新型的气囊地面约束方式结构示意图；
25.图3为本实用新型的底盖结构示意图；
26.图4为本实用新型的筒体截面第一实施例示意图；
27.图5为本实用新型的筒体截面第二实施例示意图；
28.图6为本实用新型的筒体截面第三实施例示意图；
29.图7为本实用新型的临近空间气球系统与底座对接示意图；
30.图8为本实用新型的临近空间气球发放前示意图；
31.图9为本实用新型的临近空间气球系统升空示意图。
32.图中标记说明：10、临近空间气球系统；11、阀门组件；12、气囊；121、气囊充气管；122、气囊约束器；14、降落伞；15、限位工装；17、铰接接口；20、储运筒；21、顶罩；22、筒体；221、槽口；222、系留索保护器；223、分离装置；224、第一通孔；23、底盖；231、可脱离式铰链；232、第二通孔；27、泡沫塑料；30、吊车；31、气囊舱；32、降落伞舱；34、工作载荷；40、吊装工装；60、底座。
具体实施方式
33.为了更好地了解本实用新型的目的、结构及功能，下面结合附图，对本实用新型做进一步详细的描述。
34.如图1和图8所示，本实施例的一种临近空间气球系统包括储运筒20及设置在所述储运筒20内的临近空间气球，所述临近空间气球包括气囊12、降落伞14、工作载荷34，所述气囊12设置在临近空间气球的上部，所述气囊12的上端设有阀门组件11。所述阀门组件11为多功能一体化组成单元，所述阀门组件11包括排气阀门、安控装置及通信模块，该组件用于临近空间气球系统执行任务过程中，通过地面控制人员的远程控制，达到排出气囊内浮升气体，实现气球系统驻空高度的降低或回收气球系统的目的。所述工作载荷34设置在临近空间气球的下部。所述气囊12与工作载荷34之间连接有降落伞14，根据工作载荷34回收着陆精度进一步提升的需要，或者降落伞14的快速更换，所述降落伞14采用伞包的形式安装在储运筒20内。
35.如图1和图9所示，所述气囊12为一个采用超薄柔性复合材料制成封闭囊体，其上设置有一根或两根较长的充气管121，气囊12及其充气管121以“s”形或“之”形等有利于后续可快速充气自行展开的方式被折叠成长方体型或其他多边体结构，并且折叠后的充气管121设置在气囊12顶部，折叠后的气囊12最大外形尺寸与储运筒20内腔尺寸匹配，使储运筒20能够容纳气囊12。完成折叠后的气囊12上部合适位置处安装有一个气囊约束器122，所述气囊约束器122主体为柔性材料，采用绳索紧包裹的方式与气囊12连接固定，并且气囊约束器122上固定有一根系留索，所述气囊12折叠后，所述气囊约束器122一同被叠入，与其相连的系留索留在气囊12外。所述气囊约束器122在气囊12上的安装位置是提前通过计算气囊地面充气量来确定的。如图1和图2所示，所述筒体22顶部还设置有一个槽口221，槽口内侧安装有一套系留索保护器222，所述系留索保护器222采用井字轮结构形式，所述双井字轮结构的中心处为第一通孔224，系留索可以从第一通孔224中穿过，避免系留索磨损或卡滞。
36.如图1所示，为了便于定位、安装折叠后的气囊12及降落伞14，在所述筒体22从上至下分区设置气囊舱31和降落伞舱32两个相连舱段，两个舱段光滑过渡。在所述筒体22及顶罩21内表面贴附表面光滑的泡沫塑料27，该泡沫塑料27采用多块拼接或整体注塑成型，获得与储运筒相近的外部形状尺寸，材料厚度一般在10mm~50mm，最好为40mm。如图4所示，所述储运筒20由外侧筒体22及内侧泡沫塑料27构成环形截面形状之外，如图5和图6所示还可以设置为：“外矩形+内圆形”、“外正多边形+内圆形”的组合样式，以提高临近空间气球系统在储运过程中的稳定性和空间利用率。
37.所述储运筒20为一密封薄壁筒体结构，采用高强轻质复合材料或合金材料制造成型，所述储运筒20包括顶罩21、筒体22和底盖23，所述顶罩21与筒体22可拆卸连接，所示底
盖23与筒体22可拆卸连接。其中，如图1、图8和图9所示，所述筒体22是储运筒主体部分，用于气囊12及降落伞14的安装、存放。所述筒体22由至少两个边缘相互对接的外壳组成，所述外壳之间通过多组分离装置223可拆卸连接，所述分离装置223可以为爆炸螺栓、电点火切割器、等可实现快速分离的器件。
38.如图1和图8所示，顶罩21是储运筒20的顶端密封部件，主要用于气球系统阀门组件11及折叠后的气囊充气管121的安装、存放。所述顶罩21设置成下端开口的半封闭式圆筒或圆锥型，并且在顶罩21内还设置有阀门组件11支撑用限位工装15。底盖23是储运筒20的底端密封部件。如图1和图3所示，所述底盖23安装于筒体22底部，由两块刚性板材通过可脱离式铰链231连接构成，用于密封储运筒底部开口。通过手动方式可解除铰链连接，达到使底盖23一分为二的使用目的。所述底盖23中心处设有第二通孔232。所述筒体22分为气囊舱31和降落伞舱32，所述气囊舱31和/或降落伞舱32的侧壁上设有舱门。通过舱门，分别将气囊装入储运筒气囊舱内，气囊顶部朝上设置，将降落伞装入储运筒降落伞舱内，降落伞的伞带朝向底盖23，且所述伞带从第二通孔232中穿过。
39.本实用新型使用时包括如下步骤：
40.步骤一，开展并完成临近空间气球系统的发放状态检查。
41.其中，临近空间气球系统的状态检查主要包括对储运筒外观及储运筒顶罩内阀门组件及气囊状态的检查，其检查内容包括：
42.一、巡检储运筒外观，确认外观无损伤或较大变形。
43.二、从储运筒顶部拆下顶罩，检查阀门组件与气囊状态正常，通电测试阀门组件工作正常。
44.三、将气囊上的气囊约束器绳索末端穿过储运筒内壁上系留索保护器及槽缺，固定于储运筒外、底部。
45.四、整理折叠状态的气囊充气管，确保其位置正确，无散乱、缠绕问题。
46.五、检查储运筒内无多余物后，将顶罩安装到储运筒顶部。
47.步骤二、如图7所示，借助于吊车30和吊装工装40，将本实用新型的临近空间气球系统10竖直起吊，并移动到底座60的上方。如图8所示。在操作人员的协助下，完成所述临近空间气球系统10与底座60的安装，其中设置在底座60上的推杆组件与所述筒体22的下部外表面的铰接接口17连接。
48.步骤三，移除气球系统储运筒顶罩21，将充气管121与浮升气体气源连接，通过充气管121向气囊12内充入浮升气体，直到上浮的气囊12将其连接的降落伞14拉直。
49.步骤四、通过远程测控计算机下发指令，启动分离装置223，如图9所示，使外壳被快速分成两个部分，待气囊12及降落伞14全部从储运筒20内露出后，完成浮力转移。
50.可以理解，本实用新型是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本实用新型的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本实用新型的精神和范围。因此，本实用新型不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本技术的权利要求范围内的实施例都属于本实用新型所保护的范围内。

技术特征：

1.一种临近空间气球系统，其特征在于，包括储运筒（20）及设置在所述储运筒（20）内的临近空间气球，所述储运筒（20）的筒体（22）由至少两个边缘相互对接的外壳组成，所述外壳之间通过多组分离装置（223）可拆卸连接。2.根据权利要求1所述的临近空间气球系统，其特征在于，所述分离装置（223）为爆炸螺栓、电点火切割器或。3.根据权利要求1所述的临近空间气球系统，其特征在于，所述筒体（22）顶部设置有系留索保护器（222），所述系留索保护器（222）上设有第一通孔（224）。4.根据权利要求1所述的临近空间气球系统，其特征在于，所述储运筒（20）的底端设有底盖（23），所述底盖（23）由两块隔板通过可脱离式铰链（231）连接而成，所述底盖（23）的中心处设有第二通孔（232）。5.根据权利要求1所述的临近空间气球系统，其特征在于，所述储运筒（20）的顶端设有顶罩（21），所述顶罩（21）与储运筒（20）可拆卸连接，所述顶罩（21）内设置有限位工装（15），所述临近空间气球的上端与所述限位工装（15）连接。6.根据权利要求5所述的临近空间气球系统，其特征在于，所述顶罩（21）和筒体（22）的内壁面贴附表面光滑的硬质泡沫塑料（27），所述硬质泡沫塑料（27）的厚度为10mm~50mm。7.根据权利要求1所述的临近空间气球系统，其特征在于，所述筒体（22）分为气囊舱（31）和降落伞舱（32），所述气囊舱（31）和/或降落伞舱（32）的侧壁上设有舱门。

技术总结

本实用新型公开了一种临近空间气球系统，该系统包括储运筒及设置在所述储运筒内的临近空间气球，所述储运筒的筒体由至少两个边缘相互对接的外壳组成，所述外壳之间通过多组分离装置可拆卸连接。本实用新型将临近空间气球在储运前集成装配于一体，适应于系统的长期存储和长途运输，无须在试验现场临时进行结构、电气集成装配，有利于临近空间气球系统后续快速完成发放准备工作。速完成发放准备工作。速完成发放准备工作。