超压气球平流层区域驻留装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种超压气球平流层区域驻留装置，包括：主超压气球，作为具有载荷承载能力的浮力体，其上设置有高度调节单元，用于调节主超压气球的高度使其进入不同的风层；至少两个辅助气球，通过系缆与主超压气球连接，通过浮力分配分别漂浮于主超压气球的上方和下方。利用超压气球区域驻留装置，依靠单个超压球即可完成区域驻留飞行，并且通过采用单个主超压气球与多个辅助气球的组合，大大降低了对风场预报的精度要求。

Stratospheric Residence Device for Overpressure Balloon

【技术实现步骤摘要】
超压气球平流层区域驻留装置
本技术涉及浮空器领域，尤其涉及一种超压气球平流层区域驻留装置。
技术介绍
近年来，在区域大气环境监测、防灾减灾、高分辨率实时监视、区域通信等需求的驱动下，以平流层飞艇、超压气球为代表的高空驻空型飞行器引起了各国的普遍重视，包括中国在内的世界主要国家陆续启动了相关的研究计划，开始了较深入的研究开发工作。平流层底部有一段区域处于东风和西风的交界处，风速较小。这一特征在夏季尤为明显，被称为“准零风层”。对准零风层的运用也是包括平流层飞艇、超压气球等浮空器实现区域驻留的核心问题之一。超压气球通过几十年的发展，通过球体的特殊设计，具备了持久驻空的固有优点。但对于区域驻留来说，即便进入了“准零风层”，由于准零风层内风场变化的复杂性，对航迹的预测与主动控制仍是一个至关重要的研究领域，是持久驻空的重要保障。准零风层通常在夏季存在，但在准零风层内部风速和风向变化明显。对于长时区域驻空来说，这些变化会起到至关重要的作用。实际探空数据表明，在仅仅相差几百米的高度层，风速和风向都会变化较大。这种细节的变化在包括ECWMF、GRAPS-GFS、NCEP-GFS等在内的各大全球风场预报模型中均难以精确预测。请参阅图1，为中国北方某地2018年8月10日的气象预报数据和实际探空数据的对比图(以东西风为例)。其中右上角为17-22公里风速细节图。从中可以看出，尽管气象预报数据能够给出准零风层的大致高度和厚度，但是在准零风层区域内，风速和风向变化依然较为显著。这些风速风向变化细节依靠气象预报数据难以刻画，而这些细节正是保障长时驻空所要关注的重点。利用单超压气球进行长时驻空试验时，往往无法准确获知其驻空高度上下的风场变化情况。若利用多个单独的超压气球进行区域组网，不同超压气球的位置差异往往也意味着局部风场的差异，对某个需要单独调节高度的超压气球能给出的参考信息有限。同时多个超压气球区域组网无疑增加了系统复杂度，带来使用上的不便。因此亟需一种超压气球在平流层准零风层区域驻留或者有效机动的方法及装置，降低对平流层区域风场预测和探测技术精度的要求，从而满足超压气球飞行控制需求。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本技术提供了一种超压气球平流层区域驻留装置，以至少部分解决以上所提出的技术问题。(二)技术方案根据本技术的一个方面，提供了一种超压气球平流层区域驻留装置，包括：主超压气球，作为具有载荷承载能力的浮力体，具备调节自身高度进入不同的风层能力；至少两个辅助气球，通过系缆与主超压气球连接，通过浮力分配分别漂浮于主超压气球的上方和下方。在一些实施例中，主超压气球和每个辅助气球均安装位置测量传感器和通信单元，用于获取主超压气球和每个辅助气球的相对位置；各气球的位置传感器单元连接到各自的通信单元，各通信单元连接至主超压气球的主控计算机或地面控制终端，所述主超压气球的主控计算机或地面控制终端连接到主超压气球高度调节单元。在一些实施例中，所述主超压气球上设置有系缆长度调节单元，用于操纵控制各辅助气球与主超压气球的相对距离。在一些实施例中，所述通信单元连接各测量传感器与主超压气球的主控计算机，其中所述通信单元为近场无线通信或有线连接。在一些实施例中，所述通信单元连接各测量传感器与地面控制终端，其中所述通信单元为无线连接。在一些实施例中，所述至少两个辅助气球包括第一辅助气球与第二辅助气球，其中所述第一辅助气球采用超压气球设计，其设计飘飞高度大于主超压气球；所述第二辅助气球采用零压球设计，该气球设计为重于空气的浮升气体，浮升气体注入后可确保该辅助气球总能够漂浮在主超压气球下方。在一些实施例中，所述系缆长度在200米-500米之间。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本技术超压气球平流层区域驻留装置至少具有以下有益效果其中之一：(1)利用超压气球区域驻留装置，依靠单个超压球即可完成区域驻留飞行，而非大量地释放超压气球；(2)通过采用单个主超压气球与多个辅助气球的组合，大大降低了对风场预报的精度要求；本技术只要能够大致获知零风层高度，即可进行飞行试验，而无需大量而繁复地进行区域风场预报。附图说明图1为预报风场和实际探空数据在准零风层内的对比图。图2为本技术实施例超压气球平流层区域驻留装置示意图。图3为本技术实施例超压气球平流层区域驻留装置通讯接口拓扑图。图4为本技术所述区域驻留方法流程图。【附图中本技术实施例主要元件符号说明】1、主超压气球；2、第一辅助气球3、第二辅助气球；4、第一系缆5、第二系缆；6、地面控制终端11、第一位置测量传感器；12、第一通信单元13、主控计算机；14、高度调节单元21、第二位置测量传感器；22、第二通信单元31、第三位置测量传感器；32、第三通信单元具体实施方式本技术提供了一种超压气球平流层区域驻留装置，该装置包括一个主超压气球和至少两个与之通过柔性系缆相连的辅助气球。主超压气球为主要的浮力体，并具有高度调节能力，可通过高度调节进入不同的风层；所述至少两个辅助气球通过系缆与主超压气球连接，通过浮力分配分别使其飘飞在主超压气球的上方和下方。主超压气球通过系缆长度的变化，可对两个辅助气球的相对高度及相对距离进行调节。主超压气球和至少两个辅助气球由于所处的高度不同，局部风场也会不同，气球之间的相对位置会发生空间上的变化。通过测量上述主超压气球和至少两个辅助气球的相对位置，可以获得主超压气球上下风层的信息，从而为主超压气球提供风场信息。主超压气球根据上下高度层的风速风向等风场信息，调节自身驻空高度，以处于更有利的风层中，进而利用平流层准零风层的特点，实现长时区域驻留飞行。该装置作为一种创新的高空驻留平台，能够在大气环境监测、防灾减灾、高分辨率实时监视、区域通信等国计民生领域中产生巨大效益。为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本技术进一步详细说明。本技术某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本技术的各种实施例可以由许多不同形式实现，而不应被解释为限于此处所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本技术满足适用的法律要求。在本技术的一个示例性实施例中，提供了一种超压气球平流层区域驻留装置。图2为本技术实施例超压气球平流层区域驻留装置的结构示意图。如图2所示，本实施例超压气球平流层区域驻留装置通过在主超压气球上连接两个辅助气球的方式，利用三个气球之间的相对位置，获得当地的风场情况，从而为超压气球高度调节提供决策输入。在本技术一个实施例中，所述超压气球平流层区域驻留装置包括：主超压气球1、第一辅助气球2、第二辅助气球3、第一系缆4、第二系缆5、地面控制终端6、第一位置测量传感器11、第一通信单元12、主控计算机13、高度调节单元14、第二位置测量传感器21、第二通信单元22、第三位置测量传感器31以及第三通信单元32。以下对本实施例超压气球平流层区域驻留装置的各个部分进行详细说明。主超压气球1安装有高度调节单元14，具备高度调节能力，也是具备主要载荷承载能力的浮力体。第一辅助气球2通过第一系缆4与主超压气球1连接。优选地，第一辅助气球本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超压气球平流层区域驻留装置，其特征在于，包括：主超压气球，作为具有载荷承载能力的浮力体，具备调节自身高度进入不同的风层能力；至少两个辅助气球，通过系缆与主超压气球连接，通过浮力分配分别漂浮于主超压气球的上方和下方。

【技术特征摘要】
1.一种超压气球平流层区域驻留装置，其特征在于，包括：主超压气球，作为具有载荷承载能力的浮力体，具备调节自身高度进入不同的风层能力；至少两个辅助气球，通过系缆与主超压气球连接，通过浮力分配分别漂浮于主超压气球的上方和下方。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，主超压气球和每个辅助气球均安装位置测量传感器和通信单元，用于获取主超压气球和每个辅助气球的相对位置；各气球的位置传感器单元连接到各自的通信单元，各通信单元连接至主超压气球的主控计算机或地面控制终端，所述主超压气球的主控计算机或地面控制终端连接到主超压气球高度调节单元。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述主超压气球上设置有系缆长度调节单元，用于操纵控制各辅助气球与主...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗景刚，杨燕初，周江华，张冬辉，姜鲁华，
申请(专利权)人：中国科学院光电研究院，
类型：新型
国别省市：北京,11