用于浮空器囊体内部的支撑装置的制作方法

本实用新型涉及临近空间浮空器领域，更具体地，涉及一种用于浮空器囊体内部的支撑装置。

背景技术：

临近空间浮空器(如旅行者号)具有对地勘探、科学探索等重要功能，其起飞及飞行的平顺性是关乎放飞成功与否的关键因素。临近空间浮空器的囊体形状一般为回转体如球形、欧拉体等，囊体的顶部设置有法兰，浮空器的吊舱通过多个拉网连接于囊体，且拉网的两端分别连接囊体顶部的法兰，在初期对囊体充气阶段，需要氦气向最高度的顶部法兰处流动，使球体处于水平的姿态，进而使各拉网受力均匀，从而使吊舱处于水平的状态。如果球体偏离幅度过大，甚至会使球体侧翻，易使囊体变形及部分囊皮塌陷，造成严重的后果。因此囊体的姿态是否平稳关系到整个浮空器的各部分，可以说其是放飞是否成功的关键因素。实际操作中，囊皮的形态对氦气的压力分布不均、外界环境(如风场)、氦气不流向顶部法兰而流向囊皮其他位置形成新的顶部、拉网的拉力分布不均、充气管气流流速差异等因素都会导致球体姿态不平。

目前通用的浮空器未采取与囊皮内部支撑装置相近的装置，仅凭力求拉网均匀受力和法兰上部布置人员进行人为引导力求矫正顶部法兰位置来实现球体的平衡，这样做对于控制囊体形态来说具有较大的不确定性，对于风场的抵抗能力也较弱，充气过程中囊体易变形、部分囊皮易塌陷，这会影响吊舱的平衡状态，甚至会使球体侧翻，造成严重的后果。

硬结构浮空器相比柔性材料浮空器具有更好的稳定性及飞行平顺性，但需要增加大量骨架支架等结构件，大大增加起飞重量，很难飞行到临近空间的高度，同时，也增加了操作难度。

技术实现要素：

针对相关技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种保证浮空器囊体起飞的稳定性和飞行的平顺性的用于浮空器囊体内部的支撑装置。

本实用新型提供一种用于浮空器囊体内部的支撑装置，包括：

承力杆，承力杆的一端与囊体的法兰固定连接；

斜杆，斜杆的一端与承力杆的另一端可拆卸连接；

横梁，横梁的两端分别与承力杆和斜杆可拆卸连接；以及

弧形杆，弧形杆与斜杆的另一端可拆卸连接；

其中，弧形杆构造成圆环形并与囊体的内表面可拆卸连接，承力杆被弧形杆围绕，并且承力杆的与法兰连接的一端凸出于弧形杆所在平面。

根据本实用新型，承力杆、斜杆、横梁和弧形杆上分别设置有预埋连接位。

根据本实用新型，囊体的形状构造为球形，承力杆的长度小于囊体的半径，圆环形的弧形杆的半径小于囊体的半径。

根据本实用新型，横梁与承力杆的连接点位于承力杆的中部偏上位置。

根据本实用新型，法兰位于囊体的顶部并位于囊体的外部。

根据本实用新型，承力杆、斜杆、横梁和弧形杆的横截面构造成空心圆截面、实心圆截面、工字型截面、十字型截面、空心矩形截面、实心矩形截面中的一种或多种。

根据本实用新型，承力杆的长度为5～15米，弧形杆的半径为3～10米，横梁与承力杆的连接点距法兰的距离为2～7米。

根据本实用新型，囊体的内表面通过多个捆扎带与弧形杆松散地捆扎连接。

根据本实用新型，多个捆扎带沿着弧形杆等间距均匀分布。

根据本实用新型，弧形杆包括多个杆段，多个杆段相互衔接形成圆环形。

根据本实用新型，圆环形的弧形杆的圆心与法兰的中心及囊体的重心位于同一直线上。

根据本实用新型，承力杆两端的延长线分别穿过法兰的中心和囊体的中心，斜杆相对于承力杆倾斜设置且倾斜向囊体的顶部延伸，横梁垂直于承力杆，并且弧形杆所在平面垂直于承力杆。

根据本实用新型，4根斜杆从承力杆的相同位置处向外延伸且与承力杆的夹角相等，且相邻斜杆之间的夹角相等，4根横梁从承力杆的相同位置处向外延伸并与对应的斜杆相连。

本实用新型的有益技术效果在于：

本实用新型的支撑装置通过弧形杆构造成圆环形并与囊体的内表面可拆卸连接，承力杆被弧形杆围绕，并且承力杆的与法兰连接的一端高于弧形杆所在平面的结构，将囊体撑开也可以引导氦气向法兰处流动，使法兰处于最高点而达到设计状态，而不太可能发生氦气在囊体其他位置形成最高点而使法兰侧倾。即无论从力学方面还是从氦气流动角度，都会降低法兰侧倾的可能性，从而会提高囊体的飞行稳定性。

附图说明

图1是本实用新型的支撑装置与囊体组装配合在一个角度的立体示意图。

图2是本实用新型的支撑装置的一部分在一个角度的示意图。

图3是本实用新型的支撑装置与囊体组装配合在另一个角度的立体示意图。

图4是本实用新型的支撑装置的一部分在另一个角度的示意图。

具体实施方式

参考图1，本实用新型提供一种用于浮空器囊体内部的支撑装置包括：承力杆10、斜杆30、横梁40以及弧形杆50；承力杆10的一端与囊体60的法兰20固定连接，且承力杆10两端的延长线分别穿过法兰20的中心囊体的中心，即承力杆10位于囊体60的竖直方向的中轴线上；斜杆30的一端与承力杆10的另一端可拆卸连接，斜杆30相对于承力杆倾斜设置且倾斜向上延伸；横梁40的两端分别与承力杆10和斜杆30可拆卸连接，本实施例中，横梁40垂直于承力杆10；弧形杆50与斜杆30的另一端可拆卸连接；其中，弧形杆50构造成圆环形并与囊体60的内表面可拆卸连接，承力杆10被弧形杆50围绕，并且承力杆10的与法兰20连接的一端凸出于弧形杆50所在平面，本实施例中，弧形杆50所在平面垂直于承力杆10。法兰20连接于囊体60的顶部并凸出于囊体60的外部。其中承力杆10与法兰20相连，承受横梁40、弧形杆50、斜杆30的重力分量，因此承力杆10与法兰20连接处对强度要求很高，可采用焊接、螺栓连接、铆接等工艺实现。具体而言，通常法兰20具有两种结构；一种是法兰上开孔并设置阀门的，法兰20构造为盘状，法兰20包括外部盘状法兰件和内部盘状法兰件，外部盘状法兰件和内部盘状法兰件分别在囊体的外部和内部将囊体开口的边缘夹持而后密封固定，承力杆10固定连接在内部法兰件的中心，该中心可以通过类似辐条的连接件连接至法兰的边缘。当然可以理解，这些辐条连接于承力杆10的一端可以不清晰分开，而是连在一起。还有一种，是不带阀门的，如图中所示，法兰20构造为实心的盘状，承力杆10可以直接固定在法兰20的中心位置，也可设置类辐条结构可作为辅助固定加强。本实用新型的支撑装置通过弧形杆50构造成圆环形并与囊体60的内表面可拆卸连接，承力杆10被弧形杆50围绕，并且承力杆10的与法兰20连接的一端凸出于弧形杆50所在平面的结构，将囊体60撑开也可以引导氦气向法兰处流动，使法兰20处于最高点而达到设计状态，而不太可能发生氦气在囊体60其他位置形成最高点而使法兰20侧倾；优选地，弧形杆50构造成的圆环形的圆心位于承力杆10上。即无论从力学方面还是从氦气流动角度，都会降低法兰20侧倾的可能性，从而会提高囊体60的飞行稳定性。

参照图2，承力杆10、斜杆30、横梁40和弧形杆50上分别设置有预埋连接位。该预埋连接位可以是螺栓螺母结构，用于这些杆与其他部件可拆卸连接，例如承力杆10与横梁40及斜杆30的连接，斜杆30与弧形杆50的连接等。之所以采用预埋连接位的设计，因为在囊体60上设置的开口口径较小，支撑装置无法整体置入囊体60内部，而需在囊体60外部进行打孔、完成各杆状零配件后，在囊体内部进行快速组装成设计结构。弧形杆50包括多个杆段，多个杆段相互衔接形成圆环形。示例性地，在此过程中，承力杆10将与4根横梁40及4根斜杆30相连，弧形杆50通过横梁40和斜杆30支撑固定，并连接成一个完整的圆环形构件；本实施例中，4根斜杆30从承力杆10相同位置处向外延伸且与承力杆10的夹角相等，且相邻斜杆30的夹角相等，4根横梁40从承力杆10的相同位置处向外延伸并与对应的斜杆30相连。实际操作中，可对支撑装置进行强度仿真，只用横梁或斜杆中的一种构件是否也可实现设计效果，如果可以，即可达到减重及简化囊体内部操作的效果。

参照图1和图3，优选地，囊体60的形状为球形，承力杆10的长度小于囊体60的半径，圆环形的弧形杆50的半径小于囊体60的半径。换言之，只在靠近囊体60的顶部的位置设置一个支撑装置，既保证了浮空器囊体起飞的稳定性和飞行的平顺性，又减轻囊体60的重量。本实用新型的支撑装置的顶部与法兰20连接，下方悬空。位于囊体60顶部的法兰20和位于囊体60底部的法兰61之间设置有连接二者的拉网62，拉网62设置在囊体60外侧，用于保持球形囊体60的形状。

参照图4，横梁40与承力杆10的连接点位于承力杆10的中部偏上位置。横梁40、承力杆10和斜杆30三者形成一个稳定的三角形结构，使支撑装置的受力更稳定。组装前图4中各杆独立，以便于囊体内的组装，在囊体内部进行组装。承力杆10与法兰20相连，法兰20需要通过优化材料设计及结构设计承受力需要大于支撑装置的重量，衔接处强度需要超冗余设计。

优选地，承力杆10、斜杆30、横梁40和弧形杆50的横截面构造成空心圆截面、实心圆截面、工字型截面、十字型截面、空心矩形截面、实心矩形截面中的一种或多种。同时上述各杆由轻质、承力性材料制成，如碳纤维、塑料、木质材料、铝等。

优选地，承力杆10的长度为5～15米，弧形杆50的半径为3～10米，横梁40与承力杆10的连接点距法兰20的距离为2～7米。

优选地，囊体60的内表面通过多个捆扎带与弧形杆50松散地捆扎连接，并且多个捆扎带沿着弧形杆50等间距均匀分布。囊体内表面在对应位置布置4～8处捆扎带，捆扎在弧形杆50上，注意要松散的捆扎，并在垂直方向留足余量使弧形杆50可以上下滑动，捆扎带的作用仅为防止弧形杆50偏离设计位置过多。在一个优选的实施例中，捆扎带可以为魔术贴，弧形杆50与囊体60通过魔术贴粘贴的方式连接，魔术贴的缝制在囊体内部，通过粘贴魔术贴的毛面与刺面即可实现对圆形构件的非紧固固定。魔术贴的数量一般可为8～12块，提前预埋在囊体内部。通过魔术贴的对称摆放，可以确定圆环形弧形杆50的圆心与囊体60的法兰20中心及囊体60的重心在同一直线上，会大大提高囊体的飞行稳定性，降低顶部法兰20侧倾的可能性。

优选地，本实用新型的支撑装置所有杆表面及连接位置缠绕柔软的绒质材料，柔性轻质，以消除锐利表面对囊体的损坏。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。