一种临近空间气球系统及其运输装置的制作方法

1.本实用新型属于临近空间飞行器技术领域，尤其涉及一种临近空间气球系统及其运输装置。


背景技术：

2.临近空间气球是一种可长时间在距海平面20～100 km高的空间区域执行飞行任务的飞行器，主要包括超压式气球和零压式气球两类，相对于其他飞行器，它具有飞行高度高、成本低、滞空时间长等优势。利用临近空间气球携带相应的工作载荷，可实现气象环境监测、区域通信、国土普查、城市交通监测、地球探测、太空观测及高空探险旅游等应用目的。
3.通常临近空间气球主要包括气囊、阀门组件、降落伞及工作载荷等四部分，其中，气囊采用超薄柔性复合材料制造，具有容积大、气密性好的特点，用于充填浮升气体使气球系统获得足够升力升空，阀门组件由放气阀、安全控制器件、传感器及应急电源等部分组成，在地面控制指令或程序控制下，通过阀门组件可实现对气球系统的飞行高度、位置等状态的调控，降落伞居中连接工作载荷与气囊，主要用于工作载荷的安全着陆回收。
4.在完成气球各组成部分的制造、测试后，对气球各组成部分进行可靠存贮、运输，并且在气球发放前的集成、调试等准备工作过程中，快速完成系统集成，并避免系统各组成部分受损，是保障临近空间气球能够成功发放、长期驻空的关键。
5.当前，国内外临近空间气球的储运都是采用各部分独立包装、分开存放、再集中运输到试验场的方式实现。这种储运方式不足在于：
6.1）系统需要较多的包装箱，占用较大存储、运输空间，易造成组成部分及物资在储运中丢失损坏。
7.2）气囊材料长期存放于开放、光照环境下其性能会出现较大下降，非密闭的存放条件不利于气囊的长期存放。
8.3）系统在发放前，需要在试验现场临时进行结构、电气集成装配，耗时长，且气囊等部件在装配过程中易受损。
9.对完成制造的临近空间气球各部分采用先安装集成，再储存或运输的方式是解决临近空间气球快速部署的一种有效方式。然而，采用简单的先组合后包装箱储运的方式存在如下诸多安全问题，导致其难以在工程实际中得到采用：
10.1）、临近空间气球的气囊材料面积、尺寸大，采用无序折叠方式，在储运过程中气囊易变形、散乱，后期状态整理、梳理工作量大，并且因为材料强度低、厚度薄，整理工作易致气囊受损。
11.2）、阀门组件与气囊的连接为刚柔结构对接组合，将二者放置在同一储运空间内，没有妥善的约束方式，储运中的相互碰撞、干涉，都会导致二者结构受损，或者其对接处失去密封性能。
12.3）、折叠后的降落伞的状态要求保持稳定，储运中的相互干涉、挤压，可能导致伞
绳错乱、纠缠，导致降落伞在后续飞行时不能正常开伞。
13.4）、工作载荷一般是精密仪器设备，要求减震、密封性良好的储运环境，避免其他结构对其的冲击、挤压。
14.总之，现有技术对临近空间气球组合体储运方式难以保持其状态的连续性和稳定性，不适合长期储存及长途运输，也不适合临近空间气球系统快速部署的应用需求。
15.因此，有必要提供一种技术手段解决上述不足。


技术实现要素：

16.本实用新型目的在于提供一种临近空间气球系统及其运输装置，以解决现有技术的临近空间气球系统因为存在的储运过程中零部件易丢失损坏，气囊不能长期存储，组合体不适合长途运输，难以满足在发放前快速完成系统状态准备的需求问题。
17.为实现上述目的，本实用新型的具体技术方案如下：
18.一种临近空间气球系统，该系统包括储运筒及设置在所述储运筒内的临近空间气球，所述储运筒包括顶罩、筒体和底盖，且所述顶罩与筒体可拆卸连接，所述底盖与筒体可拆卸连接；所述顶罩内设置有限位工装，所述底盖上设置有载荷限位装置；
19.所述临近空间气球设置在筒体内，且所述临近空间气球的上端与限位工装连接，所述临近空间气球的下端与载荷限位装置连接。
20.由此，本实用新型所述的储运筒为密封薄壁筒体结构，采用高强轻质复合材料或合金材料制造成型。所述筒体内表面光滑，顶罩是储运筒的上端密封部件，其中限位工装主要用于对临近空间气球的阀门组件进行固定，通过所述限位工装，实现了对临近空间气球上端的可靠支撑和限位，避免临近空间气球在储存和运输过程中的晃动或与储运筒碰撞造成损坏，在临近空间气球发放或状态检查前，通过从储运筒上拆卸顶罩，同时也就解除了限位工装对阀门组件的位置限制。底盖是储运筒的下端密封部件，通过所述载荷限位装置将临近空间气球下端的工作载荷可靠固定在在储运筒内，避免工作载荷在储运中位置及姿态变化受损；在完成工作载荷及载荷限位装置在底盖上的固定后，通过载荷限位装置即可将工作载荷推送入储运筒内；根据临近空间气球系统状态检查需要，通过从储运筒上拆卸底盖，可以快速将工作载荷从储运筒内拉出。
21.进一步，所述顶罩设置成下端开口的半封闭式筒型或锥型，其开口端与储运筒筒体上端通过锁扣或其他可拆卸连接方式形成连续密封结构。所述底盖通过锁扣、螺栓或其他拆卸连接方式安装在储运筒筒体底部，对筒体底部进行密封。
22.进一步，所述顶罩和筒体的内壁面贴附表面光滑的硬质泡沫塑料，所述硬质泡沫塑料的厚度为10mm~50mm。所述硬质泡沫塑料的厚度优选为30mm，以便降低储运筒内温湿度受外界环境的影响，并且通过泡沫塑料在储运筒内构成内表面光滑、隔热良好的密封腔。所述储运筒截面形状可以设置为：“外矩形+内圆形”、“外正多边形+内圆形”的组合样式，以提高临近空间气球系统在储运过程中的稳定性和空间利用率。
23.进一步，所述筒体分为载荷舱、气囊舱和降落伞舱，且在气囊舱和/或降落伞舱的侧壁上设有舱门。
24.再进一步，所述筒体的外壁设置有第一接口。具体地，所述第一接口为集束安装接口，通过该安装接口，可以将多个储运筒安装固定在一个集装架上，实现多套临近空间气球
系统的集中储运，有效降低储运空间需求，提升储运效率。
25.再进一步，所述临近空间气球包括气囊、降落伞、工作载荷，所述气囊设置在临近空间气球的上部，所述工作载荷设置在临近空间气球的下部，所述气囊与工作载荷之间连接有降落伞，所述气囊的上端还设有阀门组件。
26.具体地，所述气囊采用超薄柔性复合材料制成，在其完成生产后，完全排空内部空气，将气囊有序展开、折叠，最后以“s”形或“之”形等有利于囊体后续可快速充气自行展开的方式将气囊折叠成长方体型或其他多边体结构，折叠后的气囊最大外形尺寸与储运筒内腔尺寸匹配，使得储运筒能够容纳气囊。气囊折叠过程中，在气囊上部合适位置处安装有一个气囊约束器，所述气囊约束器主体为柔性材料，采用绳索紧包裹的方式与气囊连接固定，并且气囊约束器上固定有一根系留索，用于气球系统发放过程中对充气气囊的系留和高度调节，气囊折叠后，气囊约束器被叠入，与气囊约束器相连的系留索留在气囊外。所述气囊约束器在气囊上的安装位置根据气囊的地面充气量确定。所述降落伞完成生产、测试后，对降落伞进行有序折叠，保障降落伞能够在使用时正常开伞；折叠后的降落伞最大外形尺寸与储运筒内腔尺寸匹配，使得储运筒内能够容纳所述降落伞。所述工作载荷由气球系统测控装置及工作任务装置组合而成，具有结构紧凑、外形规整的特点，且所述工作载荷的最大外形尺寸与储运筒内腔匹配。
27.更进一步，所述载荷限位装置为空间桁架结构，所述载荷限位装置的上部套装在工作载荷上，所述载荷限位装置的中部采用滑轮方式与筒体内壁多点接触，所述载荷限位装置的下部通过紧固件安装在储运筒底盖上。
28.更进一步，所述限位工装为平顶礼帽式或环形工字型结构，所述限位工装上部通过紧固件、以中心同轴的方式安装在顶罩的内壁上，所述限位工装的下部分套装在阀门组件上。
29.此外，所述降落伞以伞包的形式安装在储运筒内。
30.此外，所述筒体内设有隔板，所述隔板对气囊、降落伞、工作载荷进行分隔。优选地，所述筒体内的三个相连舱段，即气囊舱、降落伞舱及载荷舱，其中，气囊舱段位于靠近顶罩一侧，通过在气囊舱底设置的隔板，使气囊舱与降落伞舱隔离；降落伞舱段设置筒体中部，通过在降落伞舱底设置的隔板，使降落伞舱与载荷舱隔离。具体地，所述隔板为刚性材质的活动隔板，其外形与筒体内部尺寸匹配，可通过嵌入式安装方式安装在筒体的气囊舱与降落伞舱底部，分别用于对气囊舱内的气囊、降落伞舱内的降落伞隔离、限位。所述隔板最好为两块拼凑成型，便于隔板在筒体内实现快速安装和撤出。
31.此外，为了降低储运筒内空气湿度，在筒体与顶罩、筒体与底盖连接安装前，分别在顶罩和底盖内安装固体干燥剂，在系统存放过程中，通过固体干燥剂吸收存放空间内的水气，有利于实现系统的长期存放。
32.基于同一个设计构思，本实用新型还公开了一种临近空间气球系统的运输装置，该装置包括集装架，所述集装架上设有多个储存舱，每个所述储存舱内通过第二接口安装有一个如上所述的临近空间气球系统。
33.具体地，所述集装架为两层两排的“2
×
2”模式钢架结构或两层一排“2
×
1”模式钢架结构，结构上设置有与储运筒集束安装接口配合的快速连接接口。通过该集装架即可实现多套临近空间气球系统的集中存放和运输。
34.本实用新型具有以下优点：
35.1）、通过储运筒，将系统的阀门组件、气囊、降落伞等组成部分在未展开状态下就集成装配于一体，有利于系统的集中存放和运输，避免了系统在储运过程中受损，提高了系统的完备率。
36.2）、利用储运筒良好的密封环境条件，可以实现临近空间气球系统的长期存放和远距离运输，尤其适用于在恶劣环境条件下的使用。
37.3）、解决了因临近空间气球系统组成部分外形体积大、包装箱多，存放、运输时所占用场地、运输车辆多等应用实际问题，满足了低成本、快速储运的应用需求。
38.4）、本实用新型的临近空间气球系统采用一体化安装，在后续的发放过程中，无须在试验现场临时进行结构、电气集成装配，有利于临近空间气球系统后续快速完成发放准备工作。并且本实用新型的临近空间气球系统及其运输装置尤其适合在中小型临近空间气球系统上的应用。
附图说明
39.图1为本实用新型的多套临近空间气球系统集束安装与储运状态示意图；
40.图2为本实用新型的多套临近空间气球系统集束运输方式示意图；
41.图3为本实用新型的一种临近空间气球系统组成内部示意图；
42.图4为本实用新型的一种临近空间气球系统的组成外部示意图；
43.图5为本实用新型的隔板结构示意图，其中（a）为半片隔板，（b）为整片隔板；
44.图6为本实用新型的工作载荷固定用载荷限位装置结构示意图；
45.图7为本实用新型的筒体截面第一实施例示意图；
46.图8为本实用新型的筒体截面第二实施例示意图；
47.图9为本实用新型的筒体截面第三实施例示意图。
48.图中标记说明：10、第二接口；11、阀门组件；12、气囊；13、载荷舱；14、降落伞；15、限位工装；20、储运筒；21、顶罩；22、筒体；23、底盖；24、气囊舱门；25、第一接口；26、降落伞舱门；27、泡沫塑料；28、固体干燥剂；30、集装架；31、气囊舱；32、降落伞舱；33、载荷限位装置；34、工作载荷；35、隔板；40、运输车；50、配套试验物资。
具体实施方式
49.为了更好地了解本实用新型的目的、结构及功能，下面结合附图，对本实用新型做进一步详细的描述。
50.如图1所示，本实施例的一种临近空间气球运输装置包括集装架30，所述集装架30为两层两排的“2
×
2”模式钢架储存舱结构，每个所述储存舱内通过第二接口10安装有一个临近空间气球系统。如图2所示，为满足高频次飞行试验任务需求，通过一个运输车40和一个集装架30，可以同时将多套临近空间气球系统及配套试验物资50长距离、快速转运到试验场，并实现系统的安全存放。
51.如图1、图3和图4所示，所述临近空间气球系统包括储运筒20及设置在所述储运筒20内的临近空间气球。所述储运筒20包括顶罩21、筒体22和底盖23，且所述顶罩21与筒体22可拆卸连接，所述底盖23与筒体22可拆卸连接。所述筒体22分为载荷舱13、气囊舱31和降落
伞舱32。所述气囊舱31和降落伞舱32之间、气囊舱31和载荷舱13之间均设有隔板35。所述筒体22的外壁设置有第一接口25，所述第一接口25可与第二接口10配合，完成连接。所述第一接口25优选为集束安装接口，所述集束安装接口为常规卡箍式结构，紧固在储运筒外表面，通过螺钉或活动卡扣方式，集束安装接口可以安装固定在集装架30的第二接口10上，第二接口10优选为与所述集束安装接口相匹配的快速接口，通过这种技术方案，可实现多套临近空间气球系统的快速固定、集中储运。如图5所示，所述隔板35为刚性材质的活动隔板，由左右两块拼凑成型，其外形与筒体22内部尺寸匹配，便于在筒体22内实现快速安装和撤出。
52.图3所示，所述临近空间气球包括气囊12、降落伞14、工作载荷34，所述气囊12设置在临近空间气球的上部，所述气囊12的上端设有阀门组件11。所述阀门组件11为多功能一体化组成单元，所述阀门组件11包括排气阀门、安控装置及通信模块，该组件用于临近空间气球系统执行任务过程中，通过地面控制人员的远程控制，达到排出气囊内浮升气体，实现气球系统驻空高度的降低或回收气球系统的目的。所述工作载荷34设置在临近空间气球的下部。所述气囊12与工作载荷34之间连接有降落伞14，根据工作载荷34回收着陆精度进一步提升的需要，或者降落伞14的快速更换，所述降落伞14采用伞包的形式安装在储运筒20内。
53.如图3和图4所示，在气囊舱31和降落伞舱32的侧壁上设有舱门，所述舱门分为气囊舱门24和降落伞舱门26。所述顶罩21内设置有限位工装15，具体地，所述限位工装15为平顶礼帽式或环形工字型结构，所述限位工装15上部通过紧固件、以中心同轴的方式安装在顶罩21的内壁上，所述限位工装15的下部分套装在阀门组件上11。通过所述限位工装15对阀门组件11进行可靠支撑和限位，避免气球系统在储存和运输过程中因阀门组件11晃动造成气囊12受损。所述底盖23上设置有载荷限位装置33。具体地，所述载荷限位装置33为空间桁架结构，所述载荷限位装置33的上部套装在工作载荷34上，所述载荷限位装置33的中部采用滑轮方式与筒体22内壁多点接触，所述载荷限位装置33的下部通过紧固件安装在储运筒底盖上。
54.如图6所示，所述载荷限位装置33主体采用碳纤维复合材料制造，其上端与工作载荷34连接，底部与底盖23固定，并且载荷限位装置33与储运筒20接触处均匀间隔设置有多个滚轮，当载荷限位装置33与底盖23固定连接时，通过滚轮与储运筒20内表面接触限位，避免工作载荷34在储运中位置及姿态变化受损，当载荷限位装置33与底盖23分离后，工作载荷34通过载荷限位装置33的滚轮可以在储运筒20内调整位置。
55.如图3和图6所示，为了降低储运筒20内空气湿度，在储运筒20的筒体22与顶罩21、筒体22与底盖23连接安装前，分别在顶罩21和底盖23内安装适量固体干燥剂28。
56.如图3所示，所述顶罩21和筒体22的内壁面贴附表面光滑的硬质泡沫塑料27，所述硬质泡沫塑料27的厚度为10mm~50mm，通过硬质泡沫塑料27在储运筒20内构成内表面光滑的密封腔。如图7所示，所述储运筒20由外侧筒体22及内侧泡沫塑料27构成环形截面形状之外，如图8和9所示还可以设置为：“外矩形+内圆形”、“外正多边形+内圆形”的组合样式，以提高临近空间气球系统在储运过程中的稳定性和空间利用率。
57.本实用新型使用时包括如下步骤：
58.步骤1：完成临近空间气球系统各组成部分的制造、测试后，对气囊及降落伞进行有序折叠，完成限位工装在储运筒顶罩内、载荷限位装置及工作载荷在储运筒底盖上的安
装固定。
59.步骤2：在气囊顶部安装阀门组件，并对连接处的密封性进行检查与状态确认。
60.步骤3：在储运筒筒体内的气囊舱、降落伞舱底部分别安装隔板。
61.步骤4：通过储运筒上的舱门，分别将气囊装入储运筒气囊舱内，气囊顶部朝上设置，将降落伞装入储运筒降落伞舱内，降落伞伞带朝储运筒底部设置。
62.步骤5：按照气球系统设计要求，采用链接绳带将气囊底部与降落伞顶部连接。
63.步骤6：在储运筒筒体顶部安装顶罩，通过限位工装将阀门组件限制在储运筒顶罩内。
64.步骤7：按照气球系统设计要求，通过伞带连接降落伞与工作载荷。
65.步骤8：在储运筒筒体底部，通过载荷限位装置将工作载荷送入载荷舱，完成工作载荷定位。
66.步骤9：安装底盖，完成储运筒密封。
67.通过上述操作，临近空间气球系统的气囊、阀门组件、降落伞及工作载荷四部分组合一体，并通过储运筒实现了结构密封，整个气球系统达到储运前状态。为了提高储运的安全性和可靠性，上述方法中的步骤5及步骤7可以取消或调整到飞行试验前进行操作。
68.可以理解，本实用新型是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本实用新型的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本实用新型的精神和范围。因此，本实用新型不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本技术的权利要求范围内的实施例都属于本实用新型所保护的范围内。

技术特征：
1.一种临近空间气球系统，其特征在于，包括储运筒（20）及设置在所述储运筒（20）内的临近空间气球，所述储运筒（20）包括顶罩（21）、筒体（22）和底盖（23），且所述顶罩（21）与筒体（22）可拆卸连接，所述底盖（23）与筒体（22）可拆卸连接；所述顶罩（21）内设置有限位工装（15），所述底盖（23）上设置有载荷限位装置（33）；所述临近空间气球设置在筒体（22）内，且所述临近空间气球的上端与限位工装（15）连接，所述临近空间气球的下端与载荷限位装置（33）连接。2.根据权利要求1所述的临近空间气球系统，其特征在于，所述顶罩（21）和筒体（22）的内壁面贴附表面光滑的硬质泡沫塑料（27），所述硬质泡沫塑料（27）的厚度为10mm~50mm。3.根据权利要求1所述的临近空间气球系统，其特征在于，所述筒体（22）分为气囊舱（31）和降落伞舱（32），且在气囊舱（31）和/或降落伞舱（32）的侧壁上设有舱门。4.根据权利要求1所述的临近空间气球系统，其特征在于，所述筒体（22）的外壁设置有第一接口（25）。5.根据权利要求1至4任意一项所述的临近空间气球系统，其特征在于，所述临近空间气球包括气囊（12）、降落伞（14）、工作载荷（34），所述气囊（12）设置在临近空间气球的上部，所述工作载荷（34）设置在临近空间气球的下部，所述气囊（12）与工作载荷（34）之间连接有降落伞（14），所述气囊（12）的上端还设有阀门组件（11）。6.根据权利要求5所述的临近空间气球系统，其特征在于，所述载荷限位装置（33）为空间桁架结构，所述载荷限位装置（33）的上部套装在工作载荷（34）上，所述载荷限位装置（33）的中部采用滑轮方式与筒体（22）内壁多点接触，所述载荷限位装置（33）的下部通过紧固件安装在储运筒底盖上。7.根据权利要求5所述的临近空间气球系统，其特征在于，所述限位工装（15）一端通过紧固件以中心同轴的方式安装在顶罩（21）的内壁上，所述限位工装（15）的另一端套装在阀门组件上（11）。8.根据权利要求5所述的临近空间气球系统，其特征在于，所述降落伞（14）以伞包的形式安装在储运筒（20）内。9.根据权利要求5所述的临近空间气球系统，其特征在于，所述筒体（22）内设有隔板（35），所述隔板（35）对气囊（12）、降落伞（14）、工作载荷（34）进行分隔。10.一种临近空间气球系统的运输装置，其特征在于，包括集装架（30），所述集装架（30）上设有多个储存舱，每个所述储存舱内通过第二接口（10）安装有一个如权利要求1至9任意一项所述的临近空间气球系统。

技术总结
本实用新型公开了一种临近空间气球系统及其运输装置，所述临近空间气球系统包括储运筒及设置在所述储运筒内的临近空间气球，所述储运筒包括顶罩、筒体和底盖，且所述顶罩与筒体可拆卸连接，所述底盖与筒体可拆卸连接；所述顶罩内设置有限位工装，所述底盖上设置有载荷限位装置；所述临近空间气球设置在筒体内，且所述临近空间气球的上端与限位工装连接，所述临近空间气球的下端与载荷限位装置连接。本实用新型保障临近空间气球在存放、运输过程中不易受损坏，并且易于实现气球发放前的快速准备。备。备。


技术研发人员：阳建华 王东祥
受保护的技术使用者：湖南航天远望科技有限公司
技术研发日：2022.10.24
技术公布日：2023/3/23