一种可折叠展开双层式大型充气宫灯及折叠、充气方法与流程

本发明属于浮空气球技术领域，涉及一种用于可折叠展开的双层式大型充气宫灯。

背景技术：

大型充气宫灯是一种常用于盛大庆典活动的浮空装饰体，一般悬浮在大型庆典的会场上空，内部充入氦气等密度小于空气的惰性气体，通过系留绳与地面固定装置连接，多用于烘托现场气氛。在历届国庆阅兵活动及一些重大会议中均有采用，其直径1m到20m不等，装饰效果美观大方。

目前，常用的装饰用宫灯多为刚性体，需要通过悬挂点进行悬挂装饰，所以尺寸一般较小，当宫灯尺寸增大时，受重量体积影响吗，悬挂将变得很困难；同时在空旷地带，刚性体宫灯无法在较高位置进行装饰使用。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：弥补现有技术的不足，本发明设计了一种可用于可折叠展开的双层式大型充气宫灯。

本发明解决技术的方案是：一种可折叠展开双层式大型充气宫灯，包括用于承力的外蒙皮以及内胆；所述的内胆为多层结构，其外层为尼龙复合膜，内层为至少两层pe复合膜；所述的尼龙复合膜上均布用于挤出残余气体的透气孔；内胆连接固定在外蒙皮内侧，外蒙皮外侧上部、底部通过云台连接形成宫灯；系留绳将宫灯与地面系留点连接，所述的系留绳用于抗风并固定宫灯。

优选的，所述系留绳的强度大于外蒙皮的材料强度。

优选的，系留绳在宫灯的外蒙皮上采用三点固定为一点，该点与一个地面系留点的连接方式，使得系留绳的延长线通过宫灯的压心。

优选的，外蒙皮上的三点位置关系为两上一下，下方的一点位于宫灯下部云台上边缘与外蒙皮上径向加强带相交处；上面两点位于外蒙皮的赤道线上，通过调节三点上系留绳的长度，使得三点连接后的一点与地面系留点连线的延长线通过宫灯的压心。

优选的，通过下述方式确定两相邻地面系留点的跨度：s为系留跨度，h为宫灯压心高度，fb为浮力，fq为水平风造成的气动力。

优选的，外蒙皮上设置一个扣襻，内胆上设置n个扣襻，通过连接绳依次穿过内胆上扣襻然后与外蒙皮上扣襻相连接，系平结后端头胶布处理，完成内胆与外蒙皮的连接；所述的n由外蒙皮材料强度处于内胆材料强度取整得到。

优选的，所述的外蒙皮有16-48幅缝纫拼接而成，幅与幅之间设置加强带。

优选的，所述的内胆由16-48幅热合而成。

优选的，所述内胆尺寸超过外蒙皮尺寸3％～10％。

优选的，内胆的pe复合膜优选为两层。

优选的，所述尼龙复合膜表面上的透气孔的面积和与整个尼龙复合膜的面积比应取st/sb≥1/10⁵，且单个透气孔面积不大于10cm²，透气孔均布于尼龙复合膜球体表面，便于定位并挤出气体，

一种充气宫灯的折叠方法，包括如下步骤：

将装配好的宫灯进行一次预充气，通过气体膨胀力使外蒙皮和内胆相贴合；

打开宫灯的进气口排出气体，将宫灯平铺在垫布上，并将宫灯上下拉直；

将拉直后的宫灯从两侧按照折叠剖面图进行折叠，所述的折叠剖面图为两侧连续的三角齿；

将折叠后的宫灯从顶部开始向底部挤压再次排气；

将再次排气处理后的宫灯从顶部或底部开始进行连续的z字型折卷，完成折叠。

一种充气宫灯的充气方法，包括如下步骤：

将折叠后的宫灯展开放在垫布上，并将宫灯上下拉直，将设置在宫灯底部的充气辅助系留绳连接到固定镇铁上；

从宫灯充气口开始充气，充气过程中，控制设置在宫灯顶部的顶绳，防止充气过程中宫灯产生浮力后失控，宫灯立起时，将顶绳放入上云台内；当充气完成后关闭进气口；

将充气完成后的宫灯的系留绳移动至地面系留点并固定。

优选的，向宫灯充气口内充氦气。

优选的，充气过程中，氦气流量不大于3.5g/s。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

针对现有宫灯尺寸受限，使用高度受限的缺点，本发明设计了一种可用于庆典活动的可折叠展开的双层式大型充气宫灯。充气宫灯可突破尺寸限制，其直径可至20m甚至更大，在不使用时可折叠包装后以较小体积进行贮存，使用时通过充入氦气进行快速展开；同时不依赖悬挂点，只需要在地面进行定点系留，便可定点悬浮在指定地点的指定高度；其结构气密性可靠，可进行长时间使用，装饰效果美观大方。

充气宫灯采用双层式设计，由外蒙皮、内胆以及系留绳等组成。外蒙皮支撑结构的强度，并进行外观装饰；多层气密内胆设计提供气密可靠性，保证宫灯可长期使用；而系留绳与地面系留点进行定点系留。由柔性材料制成的充气宫灯，可以很方便的折叠贮存，使用时通过充氦气快速展开，充气后的装饰效果美观大方，能给大型庆典活动带来良好的气氛烘托效果。

本发明通过外蒙皮的分幅和加强带装饰设计，解决了大型宫灯的结构强度和装饰效果的矛盾。通过多层气密和透气孔设计，减少了残余气体，提高了内胆的气密可靠性，保证了长期使用不会出现漏气。通过内胆和外蒙皮的顶端连接固定设计，既保证了内胆和外蒙皮充气时不会互相错位，又保证了充气完成后的内胆与外蒙皮的紧密贴合，保证装饰效果。通过三点系留设计，不仅保证了宫灯具有一定的抗风适应性，还避免了结构受力集中。通过主系留和副系留的搭配调整，保证了大型宫灯能够适应一定的漂浮高度。并具有一定的抗风性。

本发明给出了双层结构大型宫灯的折叠方法，有效降低宫灯的存储体积。并且给出了双层结构大型宫灯的充气展开方法，保证宫灯结构的有序展开。

附图说明

图1为本发明充气宫灯示意图；

图2为本发明外蒙皮结构示意图；

图3为本发明内胆结构示意图；

图4为本发明宫灯系留示意图；

图5为本发明宫灯受力情况分析图；

图6为本发明宫灯在风力较小时受力示意图；

图7为本发明宫灯在风力较大的情况下低头示意图；

图8为本发明系留绳三点固定示意图；

图9为本发明内胆顶部扣襻示意图；

图10为本发明内胆外蒙皮连接示意图；

图11为本发明折叠剖面图；

图12为本发明z字型折卷示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步阐述。

本发明设计了一种可折叠展开的双层式大型充气宫灯，可用于庆典活动。充气宫灯采用双层式设计，由外蒙皮、内胆以及系留绳等组成。外蒙皮支撑结构的强度，并进行外观装饰；多层气密内胆设计提供气密可靠性，保证宫灯可长期使用；而系留绳与地面系留点进行定点系留。由柔性材料制成的充气宫灯，可以很方便的折叠贮存，使用时通过充氦气快速展开，充气后的装饰效果美观大方，能给大型庆典活动带来良好的气氛烘托效果。

其中外蒙皮作为主要的展示、承力部件，由纺织材料缝纫而成，外表进行装饰物缝纫或者粘接，确保灯笼的外观和强度符合要求；内胆位于外蒙皮内部，主要起气密作用，由复合膜材料热合而成；系留绳将充气宫灯与地面系留点连接，用于固定宫灯并提供一定的抗风能力。充气宫灯如图1所示。

外蒙皮主体形状是椭圆绕垂直中心轴旋转而成的椭球体。外蒙皮材料一般选用涂层锦丝绸，主体颜色为喜庆的红色，根据宫灯的大小，由16-48幅缝纫拼接而成，幅与幅间有加强带，一方面起承力作用，另一方面起到龙骨作用，使外形更加逼真。加强带上，在外蒙皮最大直径处和底部位置缝制有连接点，用于连接系留绳。外蒙皮上下缝制金色装饰云纹，每条加强带上缝纫1条金色装饰条，顶部用低密度亚克力板支撑云台，底部云台自然下垂成型，以增加美观度。外蒙皮外形如图2。

内胆材料采用多层复合膜，同样根据宫灯的大小，由16-48幅热合而成，可以保证足够的气密性。内胆的尺寸应超过外皮相应尺寸3％，优选取值3％～10％，内胆尺寸过小易先于外蒙皮受力，造成内胆破损，内胆尺寸过大则与外蒙皮贴合较差，易出现皱褶。选用的内胆材料的伸长率应大于外蒙皮，这样在宫灯充气膨胀时，由外蒙皮承力，内胆承力很小，保证内胆的结构气密稳定性。内胆顶部热合有连接点，用于和外蒙皮顶部内侧连接固定。内胆结构示意图如图3所示。

内胆在使用过程中，经常会与外蒙皮发生摩擦，所以内胆外表面在保证气密性的同时，也需要具有一定的耐磨性，所以内胆分为三层，最外层选用较为结实的尼龙复合膜，但气密性稍差，而内侧选用致密贴合的两层pe复合膜，气密性高但不耐磨，两层互为备份。

为防止在几层气密膜之间留有残余气体，导致充气成型后局部出现鼓包，从而影响外观展示效果。在外侧尼龙复合膜上错开位置开少数透气孔，可以在折叠时挤出残余气体，这样在在充气后，没有残余气体的内外侧在气体膨胀力的作用下吸附贴合，保证了多层裕度设计的气密可靠性。

为保证在短时间内定位并挤出残余气体，透气孔的面积和与整个尼龙复合膜的面积比应取st/sb＝1/10⁵，且单个透气孔面积不大于10cm²，透气孔面积过大会明显降低球体强度与气密性；透气孔均布于球体表面，便于定位并挤出气体。例如，在外侧透尼龙复合膜表面每10m²均布1个1cm²大小的透气孔。这样在使用过程中发现残有余气体时，能保证在5分钟内定位并挤出残余气体；且开孔大小及数量不会对材料本体的强度、气密性造成影响。

系留绳用于充气宫灯和地面系留点之间的固定。系留绳一般选用质量轻，强度高的芳纶绳、pe绳等。系留绳可分为主系留绳和副系留绳。主系留绳1根，由外蒙皮的底部连接点多点汇聚后，再与地面固定后，可以平衡充气宫灯的浮力，使其悬浮住一定高度，主系留绳的长度由充气宫灯的悬浮高度决定。副系留绳可以有对称分布的若干根，采用三点系留，如图4所示，分别固定在外蒙皮加强带上相邻2个连接点f和1个底部连接点e，然后汇聚后与地面固定连接。通过调节3点系留的绳长，可以使副系留绳的受力方向通过灯笼的形心，不仅避免了外蒙皮上的受力集中，同时保证了充气宫灯在阵风情况下的稳定性。副系留绳的数量和长度由充气宫灯的悬浮高度和庆典场地的风力情况决定。

宫灯在空中漂浮过程的受力可按空间共点力系进行计算，考虑系留绳上的力可以合成，可以将空间共点力系简化为平面共点力系，宫灯在任意风向下的受力情况如图5所示。

fb为浮力，fq为水平风造成的气动力，f1为两者的合力；fs1和fs2为系留绳系的受力，f2为两者的合力。宫灯在空中时，有f1＝f2。

当风力较小时，f2的方向在系留绳系的夹角α内，则宫灯在空中保持静止不动，如图6所示。

当风力增大到一定程度后，f2的方向将超出夹角α的范围，则造成一侧系留绳受力为0而松弛，宫灯低头产生较大幅度的位移，如图7所示，能够得到关系s为系留跨度，h为宫灯压心高度。

根据上述受力分析，例如广场东西侧路可使用空间的东西向宽度为30m，南北向长度为767m。从表1中可以看出，当宫灯漂浮高度为22.5m时，东西系留跨度30m时，可以达到抵抗三级以上风力的能力。

表1不同风力下宫灯所受风力及稳定所需系留跨度

要使系统稳定，必须使系留绳的受力方向通过宫灯的压心，因宫灯为对称形，因此压心接近形心，即系留绳延长线通过形心o(如图8所示)。因为系留绳的强度要大于外蒙皮材料强度，为避免外蒙皮上的受力集中，系留绳在外蒙皮上固定采用了三点连接的方式。系留点选取两上一下共三点：e点位于下部云台上边缘与径向带相交处；f、f’位于宫灯赤道线与径向带相交处(径向带处为外蒙皮局部加强处，受力较好)。a点为地面系留点，i点在oa连线上，再根据和可以确定外蒙皮上三个固定点的具体位置。

大型庆典宫灯体积较大，如宫灯直径5m，充气体积70m³。由于内胆与外蒙皮的分层设计，在充气时内胆和外蒙皮如果出现错位，会导致外形扭曲变形，影响展示效果。所以需要对内胆和外蒙皮进行连接固定，避免错位。如果连接点过多，一方面增加工作量，另一方面连接点存在受力集中，会出现凹陷影响外观。而在顶端设置连接点不会造成视觉上的凹陷点，同时在顶端和底端(底端有充气口，充气时连接充气设备处于固定状态)固定后，在气体膨胀力的作用下，内胆和外蒙皮自然贴合效果较好。

将内胆、外蒙皮分别展开铺好。内胆顶部外侧设置有四个扣襻，外蒙皮顶部内侧设置有一个扣襻(内胆材料强度较弱，约为外蒙皮强度的1/4，所以设置四个扣襻)如图9所示。内胆与外蒙皮连接时首先将内胆放入外蒙皮内部，使用连接绳依次穿过内胆顶部的4个扣襻后通过连接绳将内胆顶部扣襻与外蒙皮顶部扣襻相连接。系3个平结。端头用胶布处理。2人分别托起外蒙皮顶部和底部，将外蒙皮和内胆理顺。

装配完成后，可进行一次预充气，气体膨胀力会使外蒙皮和内胆提前相贴合，如图10所示。完成预充气后，充气宫灯方可进行折叠包装。

充气宫灯折叠流程：排气—平铺—折叠—挤气—卷曲。

排气：首先将充气宫灯进气口打开排出气体；

平铺：将充气宫灯平铺在垫布上，再将充气宫灯前后拉直；

折叠：按折叠剖面图如图11所示，分两侧进行手风琴式折叠；

挤气：从宫灯顶部开始向底部挤压再次排气；

卷曲：最后将内胆以1米长的z字型折卷，如图12所示。

折叠完成后的充气宫灯放入包装箱，然后进行贮存。

由于大型宫灯体积较大，需要多人协作完成充气展开过程。其中充气人员2名，负责气源充气和压力表判读；底部看护人员2名，负责充气时固定宫灯底部，并在充满后进行进气口封口；侧向看护人员若干，充气时固定宫灯侧向，并在充满后固定系留带；顶部看护人员2名，负责充气时固定宫灯顶部。

充气展开过程如下：

1)充气准备

从包装箱中取出宫灯，展开在垫布上，底部看护人员和顶部看护人员将上下端拉直。底部看护人员将充气辅助系留绳连接到固定镇铁上，顶部看护拉住顶绳，防止充气过程中宫灯产生浮力后失控。

2)充气

充气人员将进气口与气源连接，底部看护人员抓住固定宫灯底部，侧向看护人员固定宫灯侧向，顶部看护人员拉住顶绳，开始充气，充气人员控制氦气流量，氦气流量一般不大于3.5g/s，充气过快的高速气流冲刷易导致内胆受冲击破损，以70m³宫灯为例，充气时间约15min。在充气过程中宫灯产生浮力，开始立起时，顶部看护人员将顶绳放入上云台内。

3)封口

通过进气口的压力表示数，判定宫灯是否充满。充满氦气后，底部看护人员关闭进气口。

4)完成

底部看护人员、侧向看护人员和顶部看护人员将系留绳移动至系留点后固定，开始进行展示。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员的公知常识。