基于调节磁场压载物连续可控释放的浮空系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于调节磁场压载物连续可控释放的浮空系统，它包括浮空主体、载荷舱和配重舱；载荷舱内设电源，载荷舱底端开口，载荷舱系于浮空主体下；配重舱包括舱主体、压载物和释放机构，舱主体底端开口，舱主体置于载荷舱内，释放机构包括释放管、永磁体和电磁线圈，释放管连通于舱主体底部，永磁体设置于释放管外，电磁线圈绕于永磁体外，电源向电磁线圈供电，通电后电磁线圈产生的磁场与永磁体的磁场抵消；压载物包括磁性颗粒，压载物置于舱主体内。系统上升到预定高度，由于太阳辐射等影响下降，释放机构工作，电磁线圈通电产生磁场与永磁体的磁场抵消，磁性颗粒在重力作用下洒落，连续减轻自重从而控制整个系统的回升或驻留。或驻留。或驻留。

【技术实现步骤摘要】
基于调节磁场压载物连续可控释放的浮空系统


[0001]本专利技术属于浮空器
，特别是涉及一种基于调节磁场压载物连续可控释放的浮空系统。

技术介绍

[0002]飞行在距离地面20km
‑
100km高度的临近空间浮空器，包括高空气球和飞艇等，依靠球囊内轻于空气的气体(氢气、氦气等)提供升力，实现升空、巡航的目的，在区域监视、侦察、应急通信与信息传输等领域具有独特的优势。
[0003]在现有浮空器区域驻留技术中，一般都大致涉及浮空器通过充放气和抛压载物的方式维持在一定区域内运动。
[0004](1)浮空器充放气控高。
[0005]目前常用的囊体自动充放空气方法是在囊体上设置两处安装孔，分别安装风机和空气阀。风机补充囊体空气，减小提升气体体积，降低浮空器高度；空气阀的阀门一般采用直推式截止阀的构型：阀芯的开启通过电动推杆的驱动力沿阀座中心线作直线运动，关闭时，阀芯在弹簧力的作用下压紧在阀座上实现密封。空气阀工作时，阀门打开，空气排出，提升气体体积增大，提升浮空器高度。存在的缺陷为：风机停止工作时，密封性较差容易漏气；风机工作时，需顶开安装在风机上的密封垫才能进行充气，影响空气进气量，降低风机效率。在浮空器长时间驻空时，由于高空空气稀薄，温差变化大，紫外线辐射强度高等复杂的气候条件，易造成橡胶材料制成的阀芯密封垫老化、变形，进而影响阀门密封性，增加维护成本。且囊体上需设置两处安装孔，对浮空器囊体尺寸大小有要求，不易在小型浮空器上安装。
[0006](2)浮空器抛压载物控高。
[0007]目前常用的抛压载物的方法主要使用电机打开阀门来使压载物落下，进行压舱物重量调节，其方式是通过抛洒定量的物体来控制浮空器高度。使用电机打开阀门来使压载物掉落方式，易受环境影响，且电机容易被重物卡住，可靠性不高，同时耗电量较大。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种驻留高度精确可控的基于调节磁场压载物连续可控释放的浮空系统。
[0009]本专利技术提供的这种基于调节磁场压载物连续可控释放的浮空系统，它包括浮空主体、载荷舱和配重舱；载荷舱内设电源，载荷舱底端开口，载荷舱系于浮空主体下；配重舱包括舱主体、压载物和释放机构，舱主体底端开口，舱主体置于载荷舱内，释放机构包括释放管、永磁体和电磁线圈，释放管连通于舱主体底部，永磁体设置于释放管外，电磁线圈绕于永磁体外，电源向电磁线圈供电，通电后电磁线圈产生的磁场与永磁体的磁场抵消；压载物包括磁性颗粒，压载物置于舱主体内。
[0010]所述舱主体为漏斗型主体，包括圆柱段和圆锥段。
[0011]所述释放管为碳纤维管，其中部设有内凹的小径段。
[0012]所述永磁体为条形的永磁铁，其长度与所述小径段的长度相匹配，多块永磁铁呈环形阵列贴于小径段外；所述电磁线圈绕于各永磁铁外、通过导线与所述电源接通。
[0013]所述释放管的底端设有封盖，封盖可开合。
[0014]所述释放管内设开合机构，开合机构包括弹簧、系绳和热熔丝，弹簧的一端与封盖相连、另一端通过系绳与释放管的内壁相连，热熔丝绕于系绳外用以熔断系绳。
[0015]所述封盖上均布多个爆破点，爆破点内设电雷管用以打开底盖。
[0016]所述压载物还包括防粘介质；所述磁性颗粒为铁砂颗粒，其直径不大于所述释放管管径的1/500；防粘介质为石墨颗粒，石墨颗粒的体积不大于磁性颗粒体积的1/50。
[0017]所述浮空主体为高空气球。
[0018]所述载荷舱内设传感器和控制器，传感器用于识别当前运动状态，并将电信号传给控制器，控制器用于判断电源是否给电磁线圈充电。
[0019]本专利技术在投入使用上升到预定高度后，会在一定时间内保持该高度运动，但由于太阳辐射和昼夜温差的影响，会下降到一定高度，此时释放机构工作，电磁线圈通电，通电后电磁线圈产生的磁场与永磁体的磁场抵消，磁力消失，置于舱主体内的磁性颗粒在重力作用下洒落，减轻自重从而控制整个系统的回升或驻留，得以精确控制驻空高度。
附图说明
[0020]图1为本专利技术一个优选实施例的结构示意图。
[0021]图2为本优选实施例中载荷舱的放大示意图。
[0022]图3为本优选实施例中配重舱的放大示意图。
[0023]图4为本优选实施例中开合机构的结构示意图。
[0024]图示序号：
[0025]1—浮空主体；
[0026]2—载荷舱，21—保温层，22—舱体，23—控制装置；
[0027]3—配重舱；
[0028]31—舱主体；
[0029]32—压载物；
[0030]33—释放机构、331—释放管、332—永磁体、333—电磁线圈、334—封盖、335—开合机构。
具体实施方式
[0031]如图1所示，本实施例公开的这种基于调节磁场压载物连续可控释放的浮空系统包括浮空主体1、载荷舱2和配重舱3，载荷舱2通过连接绳系于浮空主体的正下方，配重舱置于载荷舱内。
[0032]浮空主体1采用高空气球。高空气球囊体由线性低密度聚乙烯(LLDPE)薄膜制成，薄膜厚度为20μm。高空气球依靠球囊内轻于空气的气体(氢气、氦气等)提供升力，实现升空。当考虑经济因素时，氢气作为提升气体；当考虑安全因素时，优选氦气作为提升气体。本实施例中选用氦气作为提升气体给囊体充气。载荷舱2通过系绳悬挂于高空气球正下方。
[0033]如图2所示，载荷舱2包括保温层21、舱体22以及设置于舱体内的控制装置23。保温层22保证载荷舱内控制装置23的工作环境，控制装置23包括电源、高度传感器、垂直速度传感器、加速度传感器和控制器。电源为直流电源用以向各部供电，并通过导线与配重舱中的电磁线圈接通。传感器用于识别当前浮空器的运动状态，并将电信号传给控制器，控制器用来判断当前是否需要直流电源给电磁线圈充电，从而来控制配重舱3内压载物的释放。控制器采用了基于PC104总线的硬件平台，含一个主板、一个通信接口板。PC104总线是一种专为小型的嵌入式控制系统而定义的工业控制总线，其信号定义与PC/AT总线基本一致。主板采用瑞士数字逻辑股份公司(DIGITAL
‑
LOGICAG)的MSM800SEV微型计算机模块。通信接口板采用PC104总线标准通讯接口模块。
[0034]如图3所示，配重舱3包括舱主体31、压载物32和释放机构33。舱主体31为漏斗型主体，由圆柱段和圆锥段构成。压载物32选用铁砂颗粒和石墨颗粒，两者混合均匀，石墨颗粒的大小仅为铁砂颗粒大小的1/50，铁砂颗粒直径仅为释放机构释放管内径的1/500，以防止铁砂颗粒过多聚集，导致堵塞漏斗底端出口。通过铁砂颗粒与外部的释放机构作用，使压载物能够滞留在配重舱内，通过在铁砂颗粒中掺杂石墨颗粒可以适当缓解压载物在高空环境下粘结的现象。
[0035]释放机构33包括释放管331、永磁体332和电磁线圈333。释放管为碳纤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于调节磁场压载物连续可控释放的浮空系统，其特征在于：它包括浮空主体、载荷舱和配重舱；载荷舱内设电源，载荷舱底端开口，载荷舱系于浮空主体下；配重舱包括舱主体、压载物和释放机构，舱主体底端开口，舱主体置于载荷舱内，释放机构包括释放管、永磁体和电磁线圈，释放管连通于舱主体底部，永磁体设置于释放管外，电磁线圈绕于永磁体外，电源向电磁线圈供电，通电后电磁线圈产生的磁场与永磁体的磁场抵消；压载物包括磁性颗粒，压载物置于舱主体内。2.如权利要求1所述的基于调节磁场压载物连续可控释放的浮空系统，其特征在于：所述舱主体为漏斗型主体，包括圆柱段和圆锥段。3.如权利要求2所述的基于调节磁场压载物连续可控释放的浮空系统，其特征在于：所述释放管为碳纤维管，其中部设有内凹的小径段。4.如权利要求3所述的基于调节磁场压载物连续可控释放的浮空系统，其特征在于：所述永磁体为条形的永磁铁，其长度与所述小径段的长度相匹配，多块永磁铁呈环形阵列贴于小径段外；所述电磁线圈绕于各永磁铁外、通过导线与所述电源接通。5.如权利要求1所述的基于调节磁场压载物连续可控释放的浮...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖俊，陈铮，李珺，罗世彬，吕骞，陈森林，凌霖雨，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：