平流层探针制造技术

本发明专利技术公开了一种平流层探针，包括：底座和平流层平台；核心筒，核心筒设置于底座上；外围结构，位于核心筒外侧，承受主体结构的侧向荷载；气囊，填充结构内部空腔和/或包裹于构件外，以产生浮力平衡结构部分自重；连接构件，连接核心筒与外围结构。该平流层探针设计考虑风荷载的影响，符合结构的实际工作环境，可以为高层大气研究提供基础，也可以为传输通讯信号和放飞飞行器提供较好的条件。

Stratospheric probe

The invention discloses a stratospheric probe, which comprises a base and a stratospheric platform; a core tube and a core tube are arranged on the base; a peripheral structure, located outside the core tube, bears the lateral load of the main structure; an air bag, filling the internal cavity of the structure and/or wrapping it outside the component to generate the self-weight of the buoyancy balance structure; and a connecting member, connecting the core tube and the peripheral structure. The design of the stratospheric probe considers the influence of wind load and conforms to the actual working environment of the structure. It can provide a basis for the study of the upper atmosphere, as well as better conditions for transmitting communication signals and launching aircraft.

【技术实现步骤摘要】
平流层探针
本专利技术涉及空间
，特别涉及一种平流层探针。
技术介绍
空间地球科学、空间物理、天文观测等领域的长期观测和试验需要尽量减小地球大气层的影响。部分宇宙射线的粒子只有在一定海拔高度以上才能够观测到，同时在高空也可以避免天气因素对观测的影响。目前的临近空间观测平台基本为各类高空飞行器，观测时间较短，并且难以保持稳定的观测条件。建设平流层探针等固定式的临近空间观测平台将为空间探测与高空研究提供特殊的、新型的、高性价比平台。基于平流层探针开展上述空间科学研究，对于这些领域取得重大科学突破具有重要的意义。微重力实验主要通过高空自由落体实现，超高建筑将提供较长的自由落体时间，对于微重力和生命科学等领域的长期观测和试验提供重要的设备支持。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的目的在于提出一种平流层探针，该平流层探针为高层大气研究和微重力研究等提供基础，也可以为传输通讯信号和放飞飞行器提供较好的条件。为达到上述目的，本专利技术实施例提出了一种平流层探针，包括：底座和平流层平台；核心筒，所述核心筒设置于所述底座上；外围结构，位于所述核心筒外侧，承受主体结构的侧向荷载；气囊，填充结构内部空腔和/或包裹于构件外，以产生浮力平衡结构部分自重；连接构件，连接所述核心筒与所述外围结构。本专利技术实施例的平流层探针，基于已有并在实际建筑结构中使用的FRP材料进行设计，考虑风荷载的影响，并利用主动控制技术减小核心筒的振动和位移，还设计有气囊，气囊中低密度气体的质量可以调节，根据情况改变结构不同部分所受的浮力，从而在一定程度上调节结构受力情况，有利于结构稳定和正常工作。另外，根据本专利技术上述实施例的平流层探针还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，还包括：设置于所述底座上的多根外立柱，所述多根外立柱之间通过多根环形连接梁相连；多根斜拉杆，所述多根斜拉杆设置于所述多根外立柱之间，增强所述多根外立柱与所述环形连接梁形成的框架结构的刚度；多根连接杆，所述多根连接杆连接所述核心筒与所述多根外立柱；构件内气囊，存在于所述构件内部的空腔中，用于产生浮力以平衡结构部分自重；构件外气囊，由第一气囊和第二气囊组成。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，还包括：外筒，在预设高度下所述外筒的外侧存在连接所述外筒的外壳；第三气囊，所述第三气囊位于所述核心筒与所述外筒之间，以产生浮力平衡结构部分自重；多层细索网，用于约束所述第三气囊的位置，并传递浮力至所述主体结构；多条车幅式拉索，所述多条车幅式拉索连接所述核心筒与所述外筒。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，还包括：斜拉索，所述斜拉索连接所述主体结构与地面以承受部分侧向荷载。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述第一气囊和所述第二气囊均由刚性气囊骨架支撑，用于产生浮力以平衡结构部分自重，所述第二气囊的横截面为圆形，所述第一气囊横截面为流线型。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，还包括：滑轨，所述滑轨设置于所述气囊骨架与所述构件之间，以使所述气囊骨架绕所述构件轴线旋转。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，还包括：主动控制装置，用于调节所述多根连接杆的长度与刚度和/或所述多条车幅式拉索的长度，以在外力作用下减小所述核心筒的振动与位移。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述外筒的所述外壳为非承重构件，形状为流线型减小结构整体所受风荷载，所述外壳通过旋转机构围绕所述外筒进行旋转。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述气囊内存在低密度气体，所述低密度气体的质量根据当前所处位置所受浮力进行调节，所述低密度气体包括氦气。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述核心筒和所述平多根外立柱采用轻质高强度材料结合钢材制作结构区段。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为根据本专利技术实施例平流层探针的结构示意图；图2为根据本专利技术实施例平流层探针的第一种结构形式的立面图与纵剖面图；图3为根据本专利技术实施例平流层探针的第一种结构形式的横剖面图；图4为根据本专利技术实施例平流层探针的核心筒的横剖面图；图5为根据本专利技术实施例平流层探针的核心筒与第一种结构形式的外立柱的纵剖面图；图6为根据本专利技术实施例平流层探针的第一种结构形式的外立柱横剖面图；图7为根据本专利技术实施例平流层探针在非圆形截面构件上安装流线型气囊外壳时的截面图；图8为根据本专利技术实施例平流层探针在圆形截面构件上安装流线型气囊外壳时的截面图；图9为根据本专利技术实施例平流层探针的非圆形截面构件外围的流线型截面气囊布置图；图10为根据本专利技术实施例平流层探针的圆形截面构件外围的流线型截面气囊布置图；图11为根据本专利技术实施例平流层探针的第二种结构形式主要承力构件图；图12为根据本专利技术实施例平流层探针的第二种结构形式包含外部可动围护结构时的结构示意图；图13为根据本专利技术实施例平流层探针的第二种结构形式的横截面图。图14为根据本专利技术实施例平流层探针的第二种结构形式的纵截面图；图15为根据本专利技术实施例平流层探针的第二种和第三种结构形式的外筒的细节示意图；图16为根据本专利技术实施例平流层探针的第三种结构形式的整体结构示意图；图17为根据本专利技术实施例平流层探针的第三种结构形式的塔体图；图18为根据本专利技术实施例平流层探针的第三种结构形式的辅助索示意图；图19为根据本专利技术实施例平流层探针的第三种结构形式塔体的横截面图；图20为根据本专利技术实施例平流层探针的第三种结构形式塔体的纵截面图。附图说明：101-平流层平台、102-核心筒、103-外立柱、104-连接杆、105-斜拉杆、106-底座、107-环形连接梁、108-构件外气囊、1021-核心筒外墙、1022-核心筒内墙、1023核心筒纵向肋、1024-核心筒横向肋、1025电梯井或实验井、1026-构件内气囊、1081-第一气囊骨架、1082-第二气囊骨架、1083-第一滑轨、1084–第二气囊、1085-第一气囊、1086-第二滑轨、203-外筒、204-第三气囊、205-车幅式拉索、206-轻型骨架、207-外壳、208-过渡段外壳、209-细索网、210-第三滑轨、2031-斜交网格杆、2032-水平环形梁、301-斜拉索、302-面内辅助索、303-面外辅助索。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。本专利技术实施例平流层探针顶端高度在海拔20km左右，由于可以建设在海拔4km左右的高原上，结构高度能够缩减到16km左右。但是要使结构达到16km高度要求结构材料除常规建筑材料外还需要使用其他强度大，密度小的材料，还要尽量采用其他技术手段尽可能减小自重荷载。新型的碳纤维增强复合材料(CarbonFiberReinforcedPolymer/Plastic，简称CFRP，属于FRP材料的一种)抗拉强度和抗压强度均可达1600MPa以上，相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种平流层探针，其特征在于，包括：底座和平流层平台；核心筒，所述核心筒设置于所述底座上；外围结构，位于所述核心筒外侧，承受主体结构的侧向荷载；气囊，填充结构内部空腔和/或包裹于构件外，以产生浮力平衡结构部分自重；连接构件，连接所述核心筒与所述外围结构。

【技术特征摘要】
1.一种平流层探针，其特征在于，包括：底座和平流层平台；核心筒，所述核心筒设置于所述底座上；外围结构，位于所述核心筒外侧，承受主体结构的侧向荷载；气囊，填充结构内部空腔和/或包裹于构件外，以产生浮力平衡结构部分自重；连接构件，连接所述核心筒与所述外围结构。2.根据权利要求1所述的平流层探针，其特征在于，包括：设置于所述底座上的多根外立柱，所述多根外立柱之间通过多根环形连接梁相连；多根斜拉杆，所述多根斜拉杆设置于所述多根外立柱之间，增强所述多根外立柱与所述环形连接梁形成的框架结构的刚度；多根连接杆，所述多根连接杆连接所述核心筒与所述多根外立柱；构件内气囊，存在于所述构件内部的空腔中，用于产生浮力以平衡结构部分自重；构件外气囊，由第一气囊和第二气囊组成。3.根据权利要求1所述的平流层探针，其特征在于，包括：外筒，在预设高度下所述外筒的外侧存在连接所述外筒的外壳；第三气囊，所述第三气囊位于所述核心筒与所述外筒之间，以产生浮力平衡结构部分自重；多层细索网，用于约束所述第三气囊的位置，并传递浮力至所述主体结构；多条车幅式拉索，所述多条车幅式拉索连接所述核心筒与所述外筒。4.根据权利要求3所述的平流层探针，...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘鹏，吴季，曹迎日，胡雄，王海深，程永强，
申请(专利权)人：清华大学，中国科学院国家空间科学中心，
类型：发明
国别省市：北京,11