一种空中投放的小型零风层浮空气球的制作方法

本发明涉及航空器领域，具体涉及一种空中投放的小型零风层浮空气球。

背景技术：

浮空器一般分为飞艇、系留气球、自由气球等。其中，自由气球一般用于常规飞行器空间高度，无动力装置，易受气流流动影响，无法实现稳定的驻空目的；飞艇具备动力装置，可以一定程度上克服风力影响，但其动力装置会增加其能耗，从而导致驻空时间缩短；系留气球通过绞盘、缆绳与地面系统连接，具有较好的抗风效果，但由于地面系统布放位置存在限制，因此系留气球的应用环境也受到限制。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种可在零风层工作，不需要安装动力装置，降低功耗，实现长时间驻空的小型零风层浮空气球。

为了解决上述技术问题，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种空中投放的小型零风层浮空气球，包括投放系统、升降系统、回收系统、主控系统、载荷系统，所述投放系统、升降系统、回收系统、主控系统以及载荷系统均为扇形结构，所述投放系统、升降系统、回收系统、主控系统以及载荷系统侧面均设置有通讯端口，所述投放系统、升降系统、回收系统、主控系统以及载荷系统上的通讯端口依次连接可形成一圆柱体结构，圆柱体结构便于在空中进行弹射投放，所述投放系统、升降系统、回收系统、主控系统以及载荷系统均设置在底座上；

所述投放系统、升降系统、回收系统、主控系统以及载荷系统均为屉笼结构，其上设置有多个功能板卡，多个功能板卡层由上至下依次连接。

优选的，投放系统包括气球囊体、充气装置、第一伞舱、减速伞切割器，所述第一伞舱内设置有第一减速伞，所述第一伞舱开设有用于第一减速伞弹出的出伞口，所述减速伞切割器设置在所述出伞口上；

所述气球囊体设置在气球舱内，所述气球舱内设置有用于对气球囊体充气释放的充气装置。

优选的，所述减速伞切割器包括切割支架，所述切割支架通过转轴与所述气球舱连接，所述转轴上设置有扭簧，所述切割支架上设置有加热丝，所述加热丝与第一减速伞的连接绳抵接。

优选的，所述升降系统包括设置在所述气球囊体的排气阀、多个压舱物及用于对进行剪切释放的压舱物剪切器。

优选的，所述压舱物剪切器包括切刀，所述切刀一端设置有螺母，所述螺母套设在丝杠上，所述丝杠与电机的输出轴驱动连接，所述切刀的刀刃上设置有锯齿，所述切刀与所述压舱物的挂绳抵接。

优选的，所述回收系统包括气球剪切器、第二伞舱以及信标机，所述气球舱上开设有用于弹出气球囊体的出球口，所述出球口上设置有用于对弹出的气球囊体进行切割释放的气球剪切器，所述第二伞舱内设置有用于浮空气球减速下落的第二减速伞。

优选的，所述气球剪切器包括剪切座，所述剪切座设置在所述出球口的内侧，所述剪切座上设置有剪切气缸，所述剪切气缸活塞杆杆上设置有刀片，所述出球口上还设有与所述刀片相匹配的切槽。

优选的，所述信标机采用gps、北斗导航系统组合定位，其可通过北斗导航系统向地面接收人员发送具体位置坐标。

优选的，所述主控系统包括主控壳体，所述主控壳体上设置有计算机板卡、开关量板卡、电源板卡以及电池板卡，所述主控壳体顶部设置有盖板，所述盖板上开设有活动板，所述活动板内设置有与所述计算机板卡连接外接端口。

优选的，所述载荷系统可以为遥测遥控、卫星/惯性复合导航、环境测试传感器、光学探测设备、通信中继设备等中的人一种或者多种组合。

本发明的有益效果：

1、本发明的浮空气球专门为空中弹射投放方式设计，具有投放地点灵活、体积小、驻空时间久、驻空位置稳定、姿态调整灵活、易于回收等特点，同时其可适用于飞机、无人机等飞行器在空中进行弹射投放，相比系留气球、飞艇等体积大大减小，不需动力装置，不需地面牵引设备，可快速部署、灵活机动，对地面场地无任何要求，即使对地形复杂的区域也可进行观测。

2、浮空气球工作于准零风层，因此可以实现在无动力系统和外力牵引的条件下降低总体功耗，实现超长时间稳定驻空。

3、主控系统可对大量数据进行高速处理，对投放系统、升降系统、回收系统、载荷系统通过通讯接口进行信息交互和控制，从而灵活准确的完成飞控任务。

附图说明

图1是本发明的一种空中投放的小型零风层浮空气球结构示意图。

图2是本发明的投放系统结构示意图。

图3是本发明的气球舱结构示意图。

图4是本发明的主控系统结构示意图。

图5是本发明的第一伞舱结构示意图。

图中标号说明：1、投放系统；11、气球囊体；12、充气装置；13、第一伞舱；14、减速伞切割器；15、出伞口；16、第一减速伞；17、气球舱；2、升降系统；3、回收系统；31、气球剪切器；32、信标机；4、主控系统；41、主控壳体；42、计算机板卡；43、开关量板卡；44、电源板卡；45、电池板卡；46、盖板；47、活动板；48、通讯端口；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

参照图1，图2，图3，图4，图5所示，一种空中投放的小型零风层浮空气球，包括投放系统1、升降系统2、回收系统3、主控系统4、载荷系统，所述投放系统1、升降系统2、回收系统3、主控系统4以及载荷系统均为扇形结构，所述投放系统1、升降系统2、回收系统3、主控系统4以及载荷系统侧面均设置有通讯端口48，所述投放系统1、升降系统2、回收系统3、主控系统4以及载荷系统上的通讯端口48依次连接可形成一圆柱体结构，圆柱体结构便于在空中进行弹射投放，特别适用于空中弹射投放的特定应用环境，所述投放系统1、升降系统2、回收系统3、主控系统4以及载荷系统均设置在底座上；

所述投放系统1、升降系统2、回收系统3、主控系统4以及载荷系统均为屉笼结构，其上设置有多个功能板卡，多个功能板卡层由上至下依次连接。

各系统的功能板卡采用屉笼式设计，多块功能板卡层叠放置连接，可最大限度上缩小设备体积。

投放系统1包括气球囊体11、充气装置12、第一伞舱13、减速伞切割器14，所述第一伞舱13内设置有第一减速伞16，所述第一伞舱13开设有用于第一减速伞16弹出的出伞口15，所述减速伞切割器14设置在所述出伞口15上；

所述气球囊体11设置在气球舱17内，所述气球舱17内设置有用于对气球囊体11充气释放的充气装置12。

所述减速伞切割器14包括切割支架，所述切割支架通过转轴与所述气球舱17连接，所述转轴上设置有扭簧，所述切割支架上设置有加热丝，所述加热丝与第一减速伞16的连接绳抵接。

所述升降系统2包括设置在所述气球囊体11的排气阀、多个压舱物及用于对进行剪切释放的压舱物剪切器，所述排气阀、压舱物剪切器与主控系统4通讯连接，当气球囊体11内气压偏高时，主控系统4控制排气阀将一定量气体排出；当气球囊体11内气压偏低时，主控系统4控制压舱物剪切器释放一定量压舱物以减小负重，从而达到空气浮力与重力的平衡。

所述压舱物剪切器包括切刀，所述切刀一端设置有螺母，所述螺母套设在丝杠上，所述丝杠与电机的输出轴驱动连接，所述切刀的刀刃上设置有锯齿，所述切刀与所述压舱物的挂绳抵接。

所述回收系统3包括气球剪切器31、第二伞舱以及信标机32，所述气球舱17上开设有用于弹出气球囊体11的出球口，所述出球口上设置有用于对弹出的气球囊体11进行切割释放的气球剪切器31，所述第二伞舱内设置有用于浮空气球减速下落的第二减速伞，所述信标机32持续进行定位并将位置坐标实时发送至地面搜索设备。

所述第二伞舱与第一伞舱13结构完全相同。

所述气球剪切器31包括剪切座，所述剪切座设置在所述出球口的内侧，所述剪切座上设置有剪切气缸，所述剪切气缸活塞杆杆上设置有刀片，所述出球口上还设有与所述刀片相匹配的切槽。

所述信标机32采用gps、北斗导航系统组合定位，其可通过北斗导航系统向地面接收人员发送具体位置坐标，方便搜索人员快速找回，提高回收效率。

所述主控系统4包括主控壳体41，所述主控壳体41上设置有计算机板卡42、开关量板卡43、电源板卡44以及电池板卡45，所述主控壳体41顶部设置有盖板46，所述盖板46上开设有活动板47，所述活动板47内设置有与所述计算机板卡42连接外接端口。

计算机板卡42采用dsp作为内核芯片，可以快速实现复杂算法，并且采用fpga芯片进行接口扩展和功能扩展，从而高速、稳定地实现飞控功能。

所述载荷系统可以为遥测遥控、卫星/惯性复合导航、环境测试传感器、光学探测设备、通信中继设备等中的人一种或者多种组合。

投放阶段的具体步骤如下：

a、弹射筒将浮空气球装置弹出；

b、所述第一伞舱13打开第一减速伞16进行减速；

c、所述充气装置12对所述气球囊体11进行快速充气并将气球囊体11释放至气球舱17外部；

d、所述减速伞切割器14对第一减速伞16进行切割释放；

回收阶段的具体步骤如下：

a、所述气球剪切器31对所述气球囊体11进行剪切释放；

b、所述第二伞舱打开第二减速伞进行减速下落

c、所述信标机32持续进行定位并将位置坐标实时发送至地面搜索设备

所述零风层浮空气球，在投放阶段完成弹射、开伞、解锁、开球、充气、切割等操作。在驻空阶段，气球受光照、气温、气压变化等环境因素影响，气球内部气压与大气压之间的压差发生改变，当气球囊体11内气压偏高时，主控制器控制排气阀将一定量气体排出；当气球囊体11内气压偏低时，主控制器控制压舱物剪切器释放一定量压舱物以减小负重，从而达到空气浮力与重力的平衡。在回收阶段，完成有效的载荷分离，回收系统3内信标机32负责传送目标位置信息，所述信标机32采用gps、北斗组合定位，并可通过北斗发送具体位置坐标。以上各阶段的相关操作需要控制系统快速获取多种环境信息，并能够高速完成复杂运算，因此，所述浮空气球的主控系统4采用dsp作为内核芯片，可以快速实现复杂算法，并且采用fpga芯片进行接口扩展和功能扩展，从而高速、稳定地实现飞控功能。

本发明无需动力装置、无需线缆连接仍可实现长时间稳定驻空、投放地点灵活的浮空气球，可用于在某一区域内实现超长时间驻空监视、侦查、数据通信、科学实验测量、灾害预警等目的。

所述浮空气球工作在平流层准零风层，受空气流动影响很小，因此在无动力装置和外力牵引的情况下仍然可以实现稳定驻空。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。