专利名称：一种系留气球尾翼控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种系留气球尾翼控制装置。
背景技术：
系留气球是一种自身不带动力，依靠浮力升空，通过系留缆绳滞留在空中预定位置的浮空器。系留气球作为空中信息平台，要求保持稳定的姿态，以确保载荷设备(如探测雷达、成像设备等)在空中的工作姿态。尾翼作为系留气球的重要组成部分，对维持系留气球空中自稳定状态起着决定性的作用，系留气球尾翼一般采用充气膜结构形式，利用其内外气体压力差提供预应力，从而维持尾翼的流线形外形；通常系留气球包括一片垂直尾翼和两片侧向尾翼，呈倒“Y”型布局安装在系留气球囊体尾部上，采用这种尾翼布局的系留气球，突风情况下对俯仰姿态角·影响较大，由于垂直尾翼主要用于控制航向角的变化，仅增加系留气球的横向抗风能力，而侧向尾翼则可控制系留气球的横滚角、俯仰角的变化，因此系留气球的自稳定性主要则侧向尾翼所决定。然而，目前系留气球侧向尾翼系一整体固定结构,完全依靠对气流的反作用而产生的俯仰力矩使系留气球达到自稳定状态，这种自稳定程度是有限的，在突风情况下，系留气球俯仰姿态角变化仍然较大，在一定情况下影响了载荷设备的正常工作。
实用新型内容本实用新型旨在克服现有技术的不足，提供一种系留气球尾翼控制装置，利用这种尾翼控制装置可使系留气球在突风情况下保持其俯仰姿态角变化控制在一定范围内，从而满足系留气球载荷设备在空中保持稳定的工作姿态。为了达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为所述系留气球尾翼控制装置整合安装在系留气球上；该控制装置包括风速风向传感器1，姿态测量传感器2，与风速风向传感器I及姿态测量传感器2连接的控制器系统3，分别安装于系留气球两个侧向尾翼7上且与安装于尾翼7上的舵面转动机构A 4和舵面转动机构B 5 ;所述控制器系统3与舵面转动机构A 4和舵面转动机构B 5连接；其中，所述的系留气球为传统的系留气球结构，包括球体6、侧向尾翼7、鼻椎8和整流罩9 ;舵面11安装于尾翼7的安定面10上；风速风向传感器I、姿态测量传感器2和控制器系统3可安装在球体6或侧向尾翼7的任何地方。所述控制器系统3接收风速风向传感器I及姿态测量传感器2的脉冲信号并传送至舵面转动机构A 4和舵面转动机构B 5，舵面转动机构A 4和舵面转动机构B 5根据传送的脉冲信号尾翼舵面11转动。其中，所述控制器系统3包括信号处理电路13、微处理器14和和驱动电路15。作为一种优选，所述风速风向传感器I安装在系留气球头部的鼻椎8处，使其对外界风速和风向信息可靠测量；所述姿态测量传感器2安装于系留气球底部整流罩9中，确载荷设备和球体姿态的精确测量；所述控制器系统3通过安装支架12安装于侧向尾翼7上，确保对机构A 4和机构B 5的可靠控制；所述舵面转动机构A 4和舵面转动机构B 5中装有用于舵面11偏转运动的动作反馈装置，确认动作可靠执行，用来执行舵面11偏转运动，实现球体姿态的调整。另外 ，所述的球体6和侧向尾翼7由传统的系留气球结构的部分，也可专门按照图进行设计。参见图3，本装置的工作原理是当风速风向传感器实时测量突风从系留气球的前上方吹来时，系留气球受到抬头力矩的作用使球体发生姿态变化，当姿态传感器测量到球体姿态发生变化时，控制器系统将接收到的风速风向信息和姿态变化信息进行处理，并调用算法软件程序，发送指令至驱动电路，由驱动电路控制两个舵面转动机构至预定行程，通过转动机构使舵面向下偏转，使系留气球尾部产生低头力矩，抵消部分或全部尾翼抬头力矩；同理，当风速风向传感器实时测量突风从系留气球的前下方吹来时，系留气球受到低头力矩的作用使球体发生姿态变化，当姿态传感器测量到球体姿态发生变化时，控制器系统将接收到的风速风向信息和姿态变化信息进行处理，并调用算法软件程序，发送指令至驱动电路，由驱动电路控制两个舵面转动机构至预定行程，通过转动机构使舵面向上偏转，使系留气球尾部产生抬头力矩，抵消部分或全部尾翼低头力矩。其中，风速风向传感器将外界环境风速变换成相应的脉冲输出给控制器系统，姿态测量传感器将球体姿态信息变换成相应的脉冲输出给控制器系统。本装置的有益效果是在突风情况下，本装置能实时测量其外界风速、风向和球体姿态的的变化，并做出相应的判断指令，使舵面的偏转在系留气球纵向平面内产生对系留气球的抬头力矩或低头力矩，抵消部分或全部突风产生的扰动力矩，保证系留气球的平衡迎角不变或者有效减小系留气球平衡迎角的变化量，从而使系留气球的姿态变化在一定范围内，可保证系留气球的纵向稳定性。
图I为本实用新型安装的一种结构示意图；图2为系留气球侧向尾翼结构示意图；图3为系留气球尾翼控制装置原理方框图。图中1、风速风向传感器；2、姿态测量传感器；3、控制器系统；4、舵面转动机构A ;
5、舵面转动机构B ;6、球体；7、侧向尾翼；8、鼻椎；9、整流罩；10、安定面；11、舵面；12、安装支架；13、信号处理电路；14、微处理器；15、驱动电路。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步的描述。
实施例如图I和图2所示，所述系留气球尾翼控制装置整合安装在系留气球上；该控制装置包括风速风向传感器I，姿态测量传感器2，与风速风向传感器I及姿态测量传感器2连接的控制器系统3，分别安装于系留气球两个侧向尾翼7上且与安装于尾翼7上的舵面转动机构A 4和舵面转动机构B 5 ;所述控制器系统3与舵面转动机构A 4和舵面转动机构B 5连接；其中，所述的系留气球为传统的系留气球结构，包括球体6、侧向尾翼7、鼻椎8和整流罩9 ;舵面11安装于尾翼7的安定面10上；所述风速风向传感器I安装在系留气球头部的鼻椎8处，使其对外界风速和风向信息可靠测量；所述姿态测量传感器2安装于系留气球底部整流罩9中，确载荷设备和球体姿态的精确测量；所述控制器系统3通过安装支架12安装于侧向尾翼7上，确保对机构A 4和机构B 5的可靠控制；所述舵面转动机构A 4和舵面转动机构B 5中装有用于执行舵面11偏转运动的动作反馈装置，确认动作可靠执行，用来执行舵面11偏转运动，实现球体姿态的调整。所述控制器系统3接收风速风向传感器I及姿态测量传感器2的脉冲信号并传送 至舵面转动机构A 4和舵面转动机构B 5，舵面转动机构A 4和舵面转动机构B 5根据传送的脉冲信号带动尾翼舵面11转动。其中，控制器系统3包括信号处理电路13、微处理器14和和驱动电路15。
权利要求1.一种系留气球尾翼控制装置，所述控制装置整合安装在系留气球上，其特征在于，所述控制装置包括风速风向传感器(1)，姿态测量传感器(2)，与风速风向传感器(I)和姿态测量传感器(2)连接的控制器系统(3)，分别安装于系留气球两个侧向尾翼(7)上且与安装于尾翼(7)上的舵面(11)连接的舵面转动机构A (4)和舵面转动机构B (5);所述控制器系统(3)与舵面转动机构A (4)和舵面转动机构B (5)连接；所述控制器系统(3)接收和处理风速风向传感器(I)及姿态测量传感器(2)的脉冲信号并驱动舵面转动机构A (4)和舵面转动机构B (5 )带动舵面(11)转动。
2.如权利要求I所述的控制装置，其特征在于，所述控制器系统(3)包括信号处理电路(13)、微处理器(14 )和和驱动电路(15 )。
3.如权利要求I所述的控制装置，其特征在于，所述风速风向传感器(I)安装在系留气球头部的鼻椎(8)处。
4.如权利要求I所述的控制装置，其特征在于，所述姿态测量传感器(2)安装于系留气球底部整流罩(9)中。
5.如权利要求I所述的控制装置，其特征在于，所述控制器系统(3)通过安装支架(12)安装于侧向尾翼(7)上。
6.如权利要求I所述的控制装置，其特征在于，所述舵面转动机构A(4)和舵面转动机构B (5)中装有用于执行舵面(11)偏转运动的动作反馈装置。
专利摘要本实用新型公开了一种系留气球尾翼控制装置，所述控制装置整合安装在系留气球上，所述控制装置包括风速风向传感器，姿态测量传感器，与风速风向传感器和姿态测量传感器连接的控制器系统，分别安装于系留气球两个侧向尾翼上且与安装于尾翼上的舵面连接的舵面转动机构A和舵面转动机构B；所述控制器系统与舵面转动机构A和舵面转动机构B连接；所述控制器系统接收和处理风速风向传感器及姿态测量传感器的脉冲信号并驱动舵面转动机构A和舵面转动机构B带动舵面转动。本装置能使系留气球在外界环境风速影响下的姿态变化控制在一定范围内，可保证系留气球的纵向稳定性。
文档编号B64B1/40GK202765284SQ201220423649
公开日2013年3月6日 申请日期2012年8月24日 优先权日2012年8月24日
发明者黎旭东 申请人:湖南航天机电设备与特种材料研究所