一种分立式模块化大型飞艇转运放飞系统及方法与流程

本发明属于飞艇转运放飞技术领域，尤其涉及一种分立式模块化大型飞艇转运放飞系统及方法。

背景技术：

随着临近空间研究和材料科学的发展，大型临近空间飞艇(体积达到20000m³以上)的研制由设想变成现实。目前，虽然已有大型临近空间飞艇问世，但是飞艇试验的成功案例并不是很多。其中，飞艇转运放飞过程的安全性是制约临近空间飞艇试验的关键因素之一，因此大型飞艇转运放飞平台应运而生。

飞艇转运放飞平台是一种为飞艇出库、转运、锚泊及放飞提供承载和运输基础的装置，作为飞艇试验系统的重要组成部分之一，其作用主要包括两个方面：一是为飞艇的出库、转运、锚泊等提供一个稳定可靠的承载平台；二是在飞艇转运、锚泊及放飞过程中，辅助飞艇抵御风场，尤其是侧风对飞艇艇体的影响。转运放飞系统辅助飞艇抵御风场有两种方式，一种是通过辅助支撑托架增加飞艇艇体与转运放飞平台的接触面积，辅助艇体抵御侧风的影响。另一种是通过调整飞艇艇体方向，使飞艇沿着风向转运，减小侧风对艇体的影响。第一种方式中，飞艇艇体对风场是硬性的抵御，这种方式对辅助支撑结构有较高的要求，如果支撑结构与艇体的接触面不够大，巨大的风载可能会造成艇体内外压差过大，导致飞艇囊皮的涨裂。方式二要求转运放飞系统的各个环节都能够同步作业，这种方式对转运放飞平台的同步控制精度要求比较高。

大型飞艇从无风的艇库环境转运至有风的自然环境将承受巨大的风载；同时，转运放飞过程中还需根据不同型号飞艇放飞要求以及风场变化实现艇体方向调节和放飞控制，因此，安全可靠地实现飞艇转运和放飞控制对于确保试验顺利进行十分关键。目前，在临近空间领域，大型飞艇的转运放飞系统一般结构为组合式布局，由多台牵引车辆和飞艇承载平台组成，在飞艇出库、转运及锚泊过程中，将飞艇放置于承载平台上，由多辆牵引车辆牵引飞艇出库和转运。当飞艇处于出库、转运和锚泊状态时，多辆牵引车辆听从指挥人员的统一指挥，协调一致的完成飞艇前进、停止或后退动作；当飞艇需要放飞时，同时切断牵引车辆与飞艇之间的连接绳索，完成飞艇的放飞升空动作。这类飞艇转运放飞系统的突出优点是系统结构简单，制造成本低。缺点是自动化程度低，需要大量操作人员，同时抗侧风能力较差，很容易造成飞艇侧翻或艇体囊皮撕裂，转运放飞过程安全性低。

技术实现要素：

本发明针对现有转运放飞系统自动化程度低，需要大量操作人员，同时抗侧风能力较差，易造成飞艇侧翻或囊皮撕裂的问题，设计了一种适用于大型临近空间飞艇的转运、锚泊以及放飞任务的分立式模块化大型飞艇转运放飞系统及方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种分立式模块化大型飞艇转运放飞系统，包括：转运放飞平台和同步控制系统；

所述的转运放飞平台包括相互独立的一个牵引车组和两个转运车组；所述的牵引车组利用牵引塔的牵引拴住飞艇的头部；两个转运车组分别设置在飞艇两侧，并通过系留绳将飞艇两侧固定；牵引车组和转运车组均采用模块化的结构，各个模块之间能够根据需求通过安装接口进行模块的组合；

所述的同步控制系统控制转运放飞平台牵引飞艇移动，并根据风场变化调节转运放飞平台的运动方向。

作为本发明的进一步改进，所述的转运车组包括一个或多个转运车单元，每个转运车单元包括一个用于提供动力的第一自行式平板车模块和两个用于提供支撑的连接桁架模块，两个连接桁架模块分别设置在第一自行式平板车模块的首位两端；连接桁架模块上设置有为系留绳收放装置提供安装平台的系留点安装接口模块，连接桁架模块端部设置有用于多个转运车单元拼接的安装接口。

作为本发明的进一步改进，所述的牵引车组包括第二自行式平板车模块、牵引塔以及牵引头锥模块；其中，牵引塔设置在第二自行式平板车模块上，牵引头锥模块安装在牵引塔顶部。

作为本发明的进一步改进，所述牵引塔的高度可调节。

作为本发明的进一步改进，所述的同步控制系统包括同步控制中心和设置在牵引车组和转运车组上的车辆控制器，

车辆控制器包括无线模块、定位模块、转向编码器、行驶编码器、转向比例阀及行驶比例阀；

车辆控制器利用转向比例阀与行驶比例阀控制车组的运动，定位模块通过无线模块将测距装置或定位装置测得的每个车组的位置信息反馈给同步控制中心；

同步控制中心，用于根据转运放飞平台当前的转运模式，计算出多个车组之间的理想距离，通过车组位置信息结果和理想距离之间的差值，计算出每个车组的控制信息，然后通过无线模块将控制信息传递给各个车组控制器的转向编码器和行驶编码器，调整各个车组的运动。

作为本发明的进一步改进，，测距装置为激光雷达或激光测距仪，定位装置为GPS或北斗卫星。

作为本发明的进一步改进，所述的一个牵引车组和两个转运车组成品字形排布。

一种分立式模块化大型飞艇转运放飞系统的控制方法，包括以下步骤：

根据任务需求和风场变化确定转运过程中的转运模式；

根据车组当前的转运模式，计算出多个车组之间的理想距离；

获取每个分立式车组的实时相对位置信息；

通过车组位置信息结果和理想距离之间的差值，计算出每个车组的控制信息，

将控制信息传递给各个车组的控制器，进行调整各个车组的运动。

进一步，相对位置信息通过GPS/北斗定位方式或者激光雷达、激光测距仪测距方式实时测量。

进一步，所述的转运模式包括前进、后退、斜行、横行及原地回转。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明的转运放飞平台包括相互独立牵引车组和转运车组；由于采用了分立式结构，每个车组之间没有刚性桁架连接，车组之间排布方式(即相对位置)可根据飞艇转运需求、飞艇的大小、类型以及飞艇的系留方式等进行设计和调整，从而保证了平台具有良好的可扩展性，可以满足不同类型、长度、体积飞艇的转运放飞需求。该发明基于模块化设计，利用技术成熟的自行式平板车和专有的连接桁架，不仅使转运放飞系统能够便捷地运输、存放、安装和调试，同时提高了系统可靠性。

进一步，自行式液压平板车和专有连接桁架组合构成了基本的转运车组单元，牵引塔和自行式液压平板车的组合构成了牵引车组，通过牵引塔车组的牵引和转运车组的系留，实现了飞艇的转运。

进一步，牵引车组利用各种模块的组合，特定的排布方式和安装接口，以及高度可调节的牵引塔，可以满足不同类型、长度、体积飞艇的转运放飞需求。

进一步，同步控制中心通过同步控制系统调整转运放飞平台，可以使艇体沿着风向转运，减小侧风对飞艇的影响，从而提高了放飞试验的自动化程度和安全性。

本发明的控制方法可根据风场变化调节转运放飞系统的运动方向，减小了侧风对飞艇的影响，极大地提高了大型飞艇转运放飞过程中的安全性。同时，通过模块化结构设计以及同步自动控制，有效提高了转运放飞系统的通用性、可扩展性以及自动化能力。该转运放飞系统操作方便，环境适应性强，尤其适用于大型飞艇的转运放飞场合。

优选地，该发明可实现不同独立模块之间的同步运行，可以通过定位方式(GPS/北斗)或者激光雷达、激光测距仪等各种测距方式实时测量出各车组之间的相对位置，将位置信息实时反馈给同步控制系统。

附图说明

图1转运放飞系统结构图(品字形排布模式)；

图2转运车组示意图；

图3牵引车组示意图；

图4同步控制系统原理图。

其中：1、牵引车组；2、转运车组；3、系留点安装接口；4、飞艇；5、系留绳；6、牵引塔；7、系留点安装接口模块；8、连接桁架模块；9、第一自行式平板车模块；10、第二自行式平板车模块；11、牵引头锥模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式(以品字形排布模式为例)对本发明作进行一步详细说明：

参见图1，转运放飞平台结构示意图(品字形排布模式)，本发明的转运放飞平台硬件方面主要由牵引车组1、转运车组2、系留点安装接口3以及牵引塔6组成。软件方面主要由同步控制系统组成。平台采用分立式结构，车组之间没有钢性桁架连接。

其中，牵引车组1利用牵引塔6的牵引拴住飞艇4的头部，保证飞艇在转运过程中得到牵引控制；转运车组2通过系留点安装接口3和系留绳5将飞艇固定在转运放飞平台上。当转运放飞平台根据试验需要进行前进、后退、斜行、横行及原地回转等多种转运模式时，飞艇则跟随转运系统进行相应的运动，从而保证了飞艇4的安全转运。当飞艇4转运至预定放飞位置后，根据试验要求调整飞艇方向，当满足放飞条件时，通过控制缆绳收放装置切断系留绳索、解除头锥牵引等工序，最终实现飞艇4的放飞。

如图2所示，转运车组2主要由第一自行式平板车模块9、连接桁架模块8以及系留点安装接口模块7组成。其中，自行式液压平板车模块9为转运车组提供动力，连接桁架模块8提供支撑作用，系留点安装接口模块7则为缆绳收放装置提供安装平台。连接桁架模块8可以根据飞艇试验的需求选择尺寸型号，系留点安装接口模块7的位置则根据飞艇系留点位置来确定。转运车组在自行式平板车的带动下，根据控制系统的指令可以完成多种运动模式。各个模块之间有专门设计的安装接口，从而提高了转运放飞系统的可扩展性和通用性。

自行式平板车模块采用技术成熟的自行式液压平板车，属于多轴线轮胎式工程车辆，液压平板车可以采用全液压独立转向或拉杆转向，保证每个轮胎转向均为纯转动，实现全方位转向。由于自行式液压平板车转向易于自动化控制，从而降低了转运放飞系统同步控制的难度。可以为飞艇转运放飞提供前进、后退、斜行、横行及原地回转等多种转运模式。

如图3所示，牵引车组1主要由第二自行式平板车模块10、可升降牵引塔6以及牵引头锥模块11组成。其中，平板车模块10主要为牵引车组提供牵引动力，可升降牵引塔6的高度以及牵引头锥模块11的大小则根据飞艇的大小进行选择。

如图4所示，转运放飞系统的同步控制系统主要是在每辆平板车上安装一套车辆控制器，包括无线模块、定位模块、转向编码器、行驶编码器、转向比例阀及行驶比例阀。转向比例阀及行驶比例阀与平板车的驱动泵连接，转向编码器和行驶编码器分别与转向比例阀及行驶比例阀连接，定位模块与无线模块连接，无线模块与同步控制中心无线连接。车辆控制器利用转向比例阀与行驶比例阀控制车辆的运动。定位模块通过无线模块将每辆车位置信息实时反馈给同步控制中心，车辆间的相对位置信息可通过定位方式(GPS/北斗定位)或者激光雷达、激光测距仪等各种测距方式实时测量。

同步控制中心则根据转运系统当前的转运模式，计算出多个车组之间的理想距离，通过反馈测量结果和理想距离之间的差值，计算出每辆平板车的控制信息，然后通过无线模块将控制信息传递给各个车辆控制器，调整各个平板车的运动，从而保证多个车组按照规定的方式运动。

本发明的设计思路及工作原理为：

本发明采用了分立式结构，每个车组之间没有刚性桁架连接，车组之间排布方式(即相对位置)可根据飞艇转运需求、飞艇的大小、类型以及飞艇的系留方式等进行设计和调整，从而保证了平台具有良好的可扩展性，可以满足不同类型、长度、体积飞艇的转运放飞需求。

自行式液压平板车和专有连接桁架组合构成了基本的转运车组单元，牵引塔和自行式液压平板车的组合构成了牵引车组，通过牵引塔车组的牵引和转运车组的系留，实现了飞艇的转运。利用各种模块的组合，特定的排布方式和安装接口，以及高度可调节的牵引塔，可以满足不同类型、长度、体积飞艇的转运放飞需求。

关于同步控制，多组车辆之间的相对位置可采用定位方式(GPS/北斗定位)或者激光雷达、激光测距仪等各种测距方式实时测量，根据车组之间的位置变化，实时反馈给同步控制系统，同步控制系统则根据车组的排布方式计算并控制多种转运模式(前进、后退、斜行、横行及原地回转等模式)下各个自行式液压平板车之间的相对位置及各个平板车的运动方式。计算出多个车组之间的理想距离，通过反馈测量结果和理想距离之间的差值，分别调整各个车组的运动，从而保证多个车组按照规定的方式运动。

该发明可根据风场变化调节转运放飞系统的运动方向，减小了侧风对飞艇的影响，极大地提高了大型飞艇转运放飞过程中的安全性。同时，通过模块化结构设计以及同步自动控制，有效提高了转运放飞系统的通用性、可扩展性以及自动化能力。该转运放飞系统操作方便，环境适应性强，尤其适用于大型飞艇的转运放飞场合。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。