电动控制阀门及平流层飞艇进排气一体装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种电动控制阀门及平流层飞艇进排气一体装置，电动控制阀门包括第一阀盖、第二阀盖、拉杆、第一连杆、第二连杆以及电机，拉杆包括相连接的拉杆环和拉杆轴，电机用于带动拉杆轴在第一方向上来回运动，使得拉杆轴通过第一连杆和第二连杆分别带动第一阀盖和第二阀盖转动。平流层飞艇进排气一体装置包括电动控制阀门、电机控制装置和阀体，本实用新型的平流层飞艇进排气一体装置可同时实现平流层飞艇的排气和充气，减少接口数量、减轻重量，提高充气和排气效率，降低了成本。本实用新型的电动控制阀门能够保障整个装置在阀盖关闭时处于密封状态，避免气体流出。
【专利说明】电动控制阀门及平流层飞艇进排气一体装置
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及平流层飞艇内部压力控制领域，具体涉及一种电动控制阀门以及平流层飞艇进排气一体装置。
【背景技术】
[0002]飞艇是一种航空器，主要由高分子复合材料制成的气囊和推进、操纵系统组成，气囊内充入密度比空气小的浮升气体，气囊内外气体的密度差提供飞艇静浮力，从而能克服自身重量上升。
[0003]近些年以来，平流层飞艇成为了研究的热点，它是充气的柔性体，必须通过压力控制装置，使得在整个飞行过程中内外压力差保持在某个范围内，从而保持整个平流层飞艇的外部形状。在平流层飞艇上升过程中，随着飞行高度增加，外界空气密度和大气压力逐渐减小，平流层飞艇内的浮升气体体积迅速膨胀。为了避免平流层飞艇压差过大引起爆裂，就需要排出一定的内部气体；在平流层飞艇下降过程中，随着高度降低，外部压力增加，平流层飞艇内部趋向负压，则需要打开鼓风机向艇内充气。通过排气和充气从而调节平流层飞艇内外压差在一定范围，这个范围是由材料强度、飞行策略、气动参数等决定。
[0004]即使平流层飞艇锚泊在地面或在平流层定点期间，随着环境温度的变化，也会使平流层飞艇内部压强改变，因此，平流层飞艇在地面锚泊或高空驻留过程中均需要进气、排气装置来维持内外压差在一定范围。
[0005]现有技术中，平流层飞艇压力控制是通过排气装置和充气装置分别实现平流层飞艇的排气和充气，当平流层飞艇的体积较大时，安装的排气装置和充气装置数量明显增加较多，排气装置和充气装置同时设置在平流层飞艇气囊上增加了平流层飞艇重量和艇体安装接口。再者，现有技术中的充气装置是采用鼓风机和单向阀相结合的方式，鼓风机需要克服单向阀的自重和飞艇内压作用力向艇囊内充气，单向阀离鼓风机的出风口较近，对气流有一定的遮挡，使得鼓风机顶开单向阀难度大、充气效率低，而选择性能更高的鼓风机会提高成本、增加平流层飞艇的整体重量以及增加能源的消耗。
实用新型内容
[0006]针对上述现有技术，本实用新型的一个实施例提供了一种电动控制阀门，包括:
[0007]通过铰链轴铰接的第一阀盖和第二阀盖；
[0008]拉杆，所述拉杆包括呈环状的拉杆环和与所述拉杆环相连接的拉杆轴，所述拉杆轴具有自由端；
[0009]第一连杆，所述第一连杆的一端与所述拉杆轴的自由端铰接，所述第一连杆的另一端与所述第一阀盖铰接；
[0010]第二连杆，所述第二连杆的一端与所述拉杆轴的自由端铰接，所述第二连杆的另一端与所述第二阀盖铰接；以及
[0011]电机，具有与所述拉杆环相连接的输出轴，用于带动所述拉杆轴在第一方向上来回运动，使得所述拉杆轴通过所述第一连杆和第二连杆分别带动所述第一阀盖和第二阀盖转动。
[0012]优选的，所述拉杆环具有矩形通孔，所述矩形通孔的长度方向为与所述第一方向垂直的第二方向，所述电动控制阀门还包括摇臂和摇臂轴，所述摇臂轴呈柱状，具有相对设置的一端和另一端，所述摇臂轴的一端通过所述摇臂与所述电机的输出轴固定连接，所述摇臂轴的另一端穿设在所述矩形通孔中，当所述电机的输出轴带动所述摇臂轴转动时，所述摇臂轴在所述矩形通孔中沿所述第二方向运动。
[0013]优选的，所述电动控制阀门还包括套设在所述拉杆轴上的拉杆护套。
[0014]优选的，所述摇臂轴与所述电机的输出轴平行。
[0015]优选的，所述第一连杆和所述第二连杆具有相同的长度。
[0016]优选的，所述第一连杆和所述第二连杆关于所述拉杆轴对称。
[0017]本实用新型的一个实施例还提供了一种平流层飞艇进排气一体装置，包括:
[0018]如上所述的电动控制阀门；
[0019]电机控制装置，用于控制所述电机的转向和转动圈数；
[0020]阀体，所述阀体包括:
[0021]与所述第一阀盖相适配的第一阀口 ；以及
[0022]与所述第二阀盖相适配的第二阀口。
[0023]优选的，所述阀体还包括位于所述第一阀口和第二阀口之间的挡板，所述平流层飞艇进排气一体装置还包括设置在所述第一阀口和第一阀盖之间的第一密封圈、设置在所述第二阀口和第二阀盖之间的第二密封圈，所述平流层飞艇进排气一体装置还包括位于所述平流层飞艇外部的鼓风机，用于对所述平流层飞艇进行充气。
[0024]优选的，所述电机控制装置包括:
[0025]上限位块，所述上限位块固定在所述拉杆环上；
[0026]上限位开关，当所述上限位开关与所述上限位块接触时，所述第一阀盖和第二阀盖处于所述平流层飞艇充气或排气时的打开位置；
[0027]下限位块，所述下限位块固定在所述拉杆环上；
[0028]下限位开关，当所述下限位开关与所述下限位块接触时，所述第一阀盖和第二阀盖处于所述第一阀口和第二阀口被密封时的关闭位置；
[0029]控制电路板，用于当所述第一阀盖和第二阀盖从所述打开位置运动到所述关闭位置时，控制所述电机的输出轴沿第一旋转方向转动，并使得所述下限位块接触所述下限位开关时停止转动，以及用于当所述第一阀盖和第二阀盖从所述关闭位置运动到所述打开位置时，控制所述电机的输出轴沿第二旋转方向转动，并使得所述上限位块接触所述上限位开关时停止转动，所述第一旋转方向和第二旋转方向相反。
[0030]本实用新型采用一个平流层飞艇进排气一体装置即可同时实现平流层飞艇的排气和充气，减少了接口数量和成本，并减轻了重量。另外本实用新型的阀盖开启后不会挡住风道，能够提高鼓风机的充气和排气效率，减少能源消耗。本实用新型的电动控制阀门能够保障整个装置在阀盖关闭时处于密封状态，避免气体流出。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]以下参照附图对本实用新型实施例作进一步说明，其中:
[0032]图1是本实用新型较佳实施例的电动控制阀门中的阀盖处于关闭状态时的正视图。
[0033]图2是图1所示的电动控制阀门中的阀盖处于打开状态时的正视图。
[0034]图3是本实用新型较佳实施例的平流层飞艇进排气一体装置中的阀盖处于关闭状态时的立体示意图。
[0035]图4是图3所示的平流层飞艇进排气一体装置中的阀盖处于打开状态时的立体示意图。
[0036]图5是图3所示的平流层飞艇进排气一体装置中的阀体、阀盖、密封圈、铰链以及铰链轴的俯视图。
[0037]图6是图3所示的平流层飞艇进排气一体装置中的电机控制装置的放大示意图。
【具体实施方式】
[0038]为了使本实用新型的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0039]图1是本实用新型较佳实施例的电动控制阀门中的阀盖处于关闭状态时的正视图。如图1所示，电动控制阀门100包括电机1、摇臂2、摇臂轴21、拉杆3、拉杆护套22、连杆41、连杆42、阀盖61和阀盖62。
[0040]电机I具有输出轴19。摇臂轴21呈圆柱状，具有相对设置的两端，摇臂轴21的一端通过摇臂2固定在输出轴19上。输出轴19和摇臂轴21平行。在其他的实施例中，摇臂轴21还可以是椭圆形柱、长方体柱等其他柱状体。摇臂2的形状在此并不予以限制，只需要使得摇臂轴21与输出轴19 一起旋转即可，优选呈杆状。
[0041]拉杆3包括呈环状的拉杆环31和连接在拉杆环31外侧壁的拉杆轴32，拉杆轴32穿设在横梁20中，且具有自由端33。拉杆护套22大体呈圆筒状，固定在横梁20上且套设在拉杆轴32上，拉杆护套22的轴向在图1的正视图中为竖直方向。拉杆环31具有矩形通孔34，矩形通孔34的长度方向为X方向，其中在图1所示的正视图中为水平方向，即矩形通孔34的长度方向和拉杆护套22的轴向垂直。摇臂轴21的另一端穿设在矩形通孔34中。矩形通孔34的宽度略大于摇臂轴21的直径。
[0042]连杆41和连杆42都呈杆状，分别具有相对设置的两端，连杆41的一端固定在拉杆轴32的自由端33上，另一端通过铰接座51与阀盖61铰接。连杆42的一端固定在拉杆轴32的自由端33上，另一端通过铰接座52与阀盖62铰接。阀盖61和阀盖62与通过穿设在铰链轴9上的铰链10固定连接，为了叙述方便，在此定义拉杆轴32远离铰链轴9的方向为y方向，本领域技术人员应当明白，说明书中的X方向和y方向并非对应xy直角坐标系，因此可以采用任意文字或字母来表示X方向与y方向，例如可以将y方向表示为第一方向，将X方向表示为第二方向。在本实用新型的实施例中，连杆41和连杆42具有相同的长度(即连杆41和连杆42关于拉杆轴32对称)，使得连杆41与阀盖61的夹角和连杆42与阀盖62的夹角相等，从而使得阀盖61和阀盖62的旋转角度相等。
[0043]图2是图1所示的电动控制阀门中的阀盖处于打开状态时的正视图。当需要将阀盖61和阀盖62从图1所示的关闭位置运动到图2所示的打开位置时，使得电机I的输出轴19沿一个方向旋转(图1中是顺时针方向)，通过摇臂2带动摇臂轴21顺时针旋转，摇臂2对摇臂轴21施加一个作用力，该作用力可分解为y方向上的分力和X方向上的分力。摇臂轴21对拉杆3的拉杆环31施加一个y方向上的分力，由于拉杆轴32被限制在拉杆护套22中，使得拉杆3沿着拉杆护套22的轴向向上运动，即使得拉杆轴32在y方向上运动。摇臂轴21在X方向上的分力作用下沿着矩形通孔34的长度方向运动。拉杆轴32在y方向上运动过程中，会通过连杆41带动阀盖61绕着铰接轴9逆时针旋转，同时通过连杆42带动阀盖62绕着铰接轴9顺时针旋转。最终使得阀盖61和阀盖62处于图2所示的打开状态。当需要将阀盖61和阀盖62从图2所示的打开位置运动到图1所示的关闭位置时，其过程与上述打开过程相反，在此不再赘述。
[0044]本实施例中的拉杆护套22与横梁20固定连接，保持不动，对拉杆轴32起保护和限制作用，限定了拉杆轴32的运动方向，避免拉杆轴32在y方向来回运动过程中沿X方向摆动，即使得拉杆轴32在X方向上的位移为零。在其他的实施例中，也可以不具有拉杆护套22。
[0045]本实施例中的拉杆护套22的轴向与矩形通孔34的长度方向垂直、摇臂轴21与输出轴19平行、X方向与y方向垂直、连杆41和连杆42的长度相等，目的都是为了通过电机I的输出轴19的旋转方向和旋转角度精确控制阀盖61和阀盖62的旋转角度，这是因为:当电动控制阀门100处于图1所示的状态时，可以得到摇臂轴21的旋转半径、摇臂2与y方向的夹角、铰链轴9到拉杆轴32的自由端33的距离，以及铰链轴9到铰接座51和铰接座52的距离，当输出轴19顺时针旋转一定角度后，同样可以精确得知拉杆轴32在y方向上移动的距离，从而进一步确定阀盖61和阀盖62绕着铰链轴9旋转的角度。因此在其他的实施例中，也可以不具有上述技术特征，例如拉杆护套22的轴向可以不垂直矩形通孔34的长度方向，摇臂轴21可以不平行输出轴19，X方向也可以不垂直y方向，连杆41和连杆42的长度也可以不相等。
[0046]在本实用新型的其他实施例中，电动机I的输出轴19还可以是通过丝杆带动拉杆轴32在y方向来回运动，本领域的技术人员可知采用现有技术中的丝杆升降机实现拉杆轴32在y方向上的来回运动。
[0047]图3是本实用新型较佳实施例的平流层飞艇进排气一体装置中的阀盖处于关闭状态时的立体示意图，图4所示的平流层飞艇进排气一体装置中的阀盖处于打开状态时的立体示意图。如图3和图4所示，平流层飞艇进排气一体装置200包括图1中的电动控制阀门100，还包括穿设在铰链轴9上的铰链10、阀体8、鼓风机11、密封圈71、密封圈72、横梁20、立柱18、上限位开关15、上限位块16、下限位开关13和下限位块14、固定板17和控制电路板12。横梁20通过立柱18固定在阀体8的y方向上。横梁20可选地呈板状，电机I可通过支撑件固定在横梁20的y方向上，拉杆护套22与横梁20固定连接，拉杆轴32穿设在横梁20中，并与横梁20的y方向的反方向上的连杆41和连杆42铰接。鼓风机11位于阀口 81和阀口 82的y方向的反方向上，用于通过阀口 81和阀口 82对平流层飞艇进行充气。
[0048]图5是图3所示的平流层飞艇进排气一体装置中的阀体、阀盖、密封圈、铰链以及铰链轴的俯视图。如图5所示，阀盖61和阀盖62呈半圆形。阀体8具有阀口 81、阀口 82和位于阀口 81与阀口 82之间的挡板83，阀口 81和阀口 82也呈半圆形，并且分别和阀盖61、阀盖62的形状相配合。阀盖61位于阀口 81的y方向上，阀盖62位于阀口 82的y方向上。在阀口 81和阀盖61之间还设置有密封圈71，用于密封阀口 81，在阀口 82和阀盖62之间还设置有密封圈72，用于密封阀口 82。密封圈71和密封圈72能够更好地密封气体，在本实用新型的其他实施例中，也可以不具有密封圈71和密封圈72。铰链10穿设在铰链轴9上，挡板83用于支撑密封圈71、密封圈72和铰链轴9。
[0049]图6是图3所示的平流层飞艇进排气一体装置中的电机控制装置的放大示意图。本实用新型的上限位开关15、上限位块16、下限位开关13和下限位块14和控制电路板12构成了本实用新型的电机控制装置，用于控制电机I的转动方向和转动圈数，进一步实现对阀盖61和阀盖62的旋转方向和旋转角度的控制。上限位块16和下限位块14固定在拉杆3的拉杆环31上，上限位开关15位于上限位块16的y方向上，下限位开关13位于下限位块14的y方向的反方向上。上限位开关15、下限位开关13和控制电路板12通过固定板17与横梁20 (参见图3)固定连接。本实用新型中的上限位开关15和下限位开关13采用现有技术中的限位开关，即上限位块16接触上限位开关15时，上限位开关15断开，下限位块14接触下限位开关13时，下限位开关13断开。因此在本实施例中，由于阀盖61、阀盖62旋转的角度与拉杆3在y方向上来回运动距离有对应关系，因此可以调试安装下限位开关13与上限位开关15在y方向上的位置，当阀盖61和阀盖62处于关闭位置时(如图3所示)，调试下限位开关13使其与下限位块14接触。且当阀盖61和阀盖62处于打开位置时(如图4所示)，调试上限位开关15的位置使其与上限位块16相接触。
[0050]当需要将阀盖61、阀盖62从关闭位置运动到充气或排气时的打开位置时，控制电路板12控制电机I的输出轴19沿一个方向旋转(图1中的顺时针旋转)并带动上限位块16向上运动至接触上限位开关15时，控制电机I的输出轴19停止旋转。最终将阀盖61和阀盖62固定在图4所示的打开位置，此时可以排气，或通过鼓风机11对飞艇气囊进行充气。当需要将阀盖61和阀盖62从打开位置运动到关闭位置时，控制电路板12控制电机I的输出轴19沿着相反方向旋转(图2中的逆时针旋转)并带动下限位块14向下运动至接触下限位开关13时，使得电机I的输出轴19停止旋转。最终将阀盖61和阀盖62固定在图3所示的关闭位置，此时平流层飞艇停止排气或充气。
[0051]在本实用新型的其他实施例中，还可以采用其他的电机控制装置用于控制电机I的转向和转动圈数，例如可以测量阀盖61、阀盖62与挡板83之间的夹角，根据测量的夹角来控制电机I的转向和转动圈数，例如夹角为零时表示阀盖61和阀盖62处于关闭位置，夹角为某一阈值时表不阀盖61和阀盖62处于打开位置,在阀盖61和阀盖62打开过程中，控制电机I的转向和转动圈数，使得夹角从零逐渐增加到该阈值时停止电机I。在阀盖61和阀盖62关闭过程中，控制电机I的转向和转动圈数，使得夹角变为零时停止电机I。
[0052]在本实用新型的其他实施例中，还可以通过摇臂轴21在矩形通孔34中的位置来判断阀盖61和阀盖62的位置状态，从而控制电机I转向和转动圈数。当然，还可以通过拉杆轴32与连杆41和连杆42的夹角判断阀盖61和阀盖62的位置状态，从而控制电机I转向和转动圈数。因此本实用新型的电机控制装置并不限于采用上限位开关15、上限位块16、下限位开关13和下限位块14来判断阀盖61和阀盖62的位置状态。
[0053]在本实用新型的上述实施例中，本领域的技术人员可以知道如何根据立柱18的高度、连杆41的长度、连杆42的长度或/和拉杆轴32到铰链轴9之间的距离等参数调节阀盖61和阀盖62能够旋转的角度。
[0054]本实用新型采用一个平流层飞艇进排气一体装置200即可实现平流层飞艇的排气和充气，减少了接口数量和成本，并减轻了重量。另外本实用新型的阀盖61和阀盖62是绕着铰链轴9旋转打开，并不会挡住风道，能够提高鼓风机11的充气效率，减少能源消耗；同样也能提高排气效率。当阀盖61和阀盖62处于关闭位置时，本实用新型的电动控制阀门100中的连杆41和连杆42分别对阀盖61和阀盖62施加一个向下的作用力，能够保障整个装置在阀盖关闭时处于密封状态，避免气体流出。
[0055]虽然本实用新型已经通过优选实施例进行了描述，然而本实用新型并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本实用新型范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。
【权利要求】
1.一种电动控制阀门，其特征在于，所述电动控制阀门包括: 通过铰链轴铰接的第一阀盖和第二阀盖； 拉杆，所述拉杆包括呈环状的拉杆环和与所述拉杆环相连接的拉杆轴，所述拉杆轴具有自由端； 第一连杆，所述第一连杆的一端与所述拉杆轴的自由端铰接，所述第一连杆的另一端与所述第一阀盖铰接； 第二连杆，所述第二连杆的一端与所述拉杆轴的自由端铰接，所述第二连杆的另一端与所述第二阀盖铰接；以及 电机，具有与所述拉杆环相连接的输出轴，用于带动所述拉杆轴在第一方向上来回运动，使得所述拉杆轴通过所述第一连杆和第二连杆分别带动所述第一阀盖和第二阀盖转动。
2.根据权利要求1所述的电动控制阀门，其特征在于，所述拉杆环具有矩形通孔，所述矩形通孔的长度方向为与所述第一方向垂直的第二方向，所述电动控制阀门还包括摇臂和摇臂轴，所述摇臂轴呈柱状，具有相对设置的一端和另一端，所述摇臂轴的一端通过所述摇臂与所述输出轴固定连接，所述摇臂轴的另一端穿设在所述矩形通孔中，当所述输出轴带动所述摇臂轴转动时，所述摇臂轴在所述矩形通孔中沿所述第二方向运动。
3.根据权利要求2所述的电动控制阀门，其特征在于，所述电动控制阀门还包括套设在所述拉杆轴上的拉杆护套。
4.根据权利要求2所述的电动控制阀门，其特征在于，所述摇臂轴与所述输出轴平行。
5.根据权利要求1至4任一项所述的电动控制阀门，其特征在于，所述第一连杆和所述第二连杆具有相同的长度。
6.根据权利要求5所述的电动控制阀门，其特征在于，所述第一连杆和所述第二连杆关于所述拉杆轴对称。
7.一种平流层飞艇进排气一体装置，其特征在于，包括: 如权利要求1至6任一项所述的电动控制阀门； 电机控制装置，用于控制所述电机的转向和转动圈数； 阀体，所述阀体包括: 与所述第一阀盖相适配的第一阀口 ；以及 与所述第二阀盖相适配的第二阀口。
8.根据权利要求7所述平流层飞艇进排气一体装置，其特征在于，所述阀体还包括位于所述第一阀口和第二阀口之间的挡板，所述平流层飞艇进排气一体装置还包括设置在所述第一阀口和第一阀盖之间的第一密封圈、设置在所述第二阀口和第二阀盖之间的第二密封圈，所述平流层飞艇进排气一体装置还包括位于所述平流层飞艇外部的鼓风机，用于对所述平流层飞艇进行充气。
9.根据权利要求7或8所述平流层飞艇进排气一体装置，其特征在于，所述电机控制装置包括: 上限位块，所述上限位块固定在所述拉杆环上； 上限位开关，当所述上限位开关与所述上限位块接触时，所述第一阀盖和第二阀盖处于所述平流层飞艇充气或排气时的打开位置； 下限位块，所述下限位块固定在所述拉杆环上； 下限位开关，当所述下限位开关与所述下限位块接触时，所述第一阀盖和第二阀盖处于所述第一阀口和第二阀口被密封时的关闭位置； 控制电路板，用于当所述第一阀盖和第二阀盖从所述打开位置运动到所述关闭位置时，控制所述电机的输出轴沿第一旋转方向转动，并使得所述下限位块接触所述下限位开关时停止转动，以及用于当所述第一阀盖和第二阀盖从所述关闭位置运动到所述打开位置时，控制所述电机的输出轴沿第二旋转方向转动，并使得所述上限位块接触所述上限位开关时停止转动，所述第一旋转方向和第二旋转方向相反。
【文档编号】B64B1/64GK204056284SQ201420343047
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年6月25日 优先权日:2014年6月25日
【发明者】何小辉, 王立祥, 王挺鹤 申请人:中国科学院光电研究院