[发明专利]一种高度与轨迹可控的高空气球

摘要

本发明主要创新点在于提出了一种控制高空气球升降的装置和一种高空气球的轨迹控制方法。高空气球的浮力单元(1)由蒙皮、承力带、承力绳索等组成。本发明可通过设置在浮力单元(1)上的浮力单元体积调整装置(2)，改变浮力单元的体积，进而改变高空气球浮力，实现高空气球的上升和下降控制；并依据平流层不同高度的风速和风向差异实现高空气球的轨迹控制。本发明提供了一种无需释放高空气球内部浮升气体即可实现高空气球高度与轨迹控制的方案，使高空气球具备了长时区域驻留的能力。

主权项

1.一种高度与轨迹可控的高空气球的使用方法，其特征在于：其应用范围如下：步骤1：为确定所述使用方法的合理性，首先要分析风向状况；北纬地区常年以东西风为主，20km以上有稳定的东风，20km以下是稳定的西风；步骤2：上述东西风在大陆地区具有一定的普遍性；高空气球在高度20km附近的平流层飞行，高空气球能在5km范围内进行高度调整，则根据当前飞行位置及区域控制需求，利用20km上下的东西风，并适时考虑经向风速的影响，实现在拟定飞行区域内的长时区域飞行；步骤3：高空气球升空至设计高度后，高空气球经地面测风雷达获知设计高度至设计高度以下5km的风速和风向，通过对比当前的飞行位置与拟定的飞行区域，调整浮力单元体积调整装置，降低高空气球高度至特定高度从而获取飞向拟定区域的动力；体积调整装置采用平行四边形机构或IPMC；关于平行四边形机构的具体实施方案：步骤1：体积调整装置采用平行四边形机构来实现；这种构件呈平行四边形的平面连杆机构，它是一种铰链四杆机构；杆件中部由插销链接，杆件端部由球铰连接，沿着浮力单元囊体周向用小环扣把平行四边形机构固定在囊体上，沿囊体的表面固定在浮力单元上，固定后平行四边形机构在浮力单元囊体上沿周向随意伸缩，而且不会在囊体上有其他方向的位移；步骤2：高空气球的直径很大，将浮力单元调整平行四边形机构与囊体接触的面近似看成一个平面，在接头处的这个平面上安装一个电机，通过电机带动平行四边形机构运动，浮力单元囊体里面的压力大概在30000N，选取一个合适功率的电机，通过电机控制平行四边形机构，改变平行四边形机构的角度，控制平行四边形的伸缩来调整浮力单元的体积；步骤3：通过高度和压力传感器获取的高度与压力数据，经控制系统控制电机正反转，实现体积的调整和高度的控制；关于IPMC的具体实施方案：步骤1：使用IPMC这种人工肌肉材料填充到中部承力囊体材料中来实现对囊体拉伸和收缩的改变；IPMC的激励信号为方波或正弦波，电压幅值在5V以下，频率为0.1～1Hz；首先需要通过将制备好的IPMC材料注入到囊体材料中，在中部承力的地方形成一个圆环；步骤2：在高空气球的控制系统里设计关于控制IPMC电流波形的电路，能够根据高空气球高度的需要，由控制系统对IPMC进行电流输入，IPMC材料通电后收缩或者拉伸，带动整个球体中部承力材料的变形；步骤3：通过高度和压力传感器获取的高度与压力数据，经控制系统对体积调整装置的控制，实现体积的调整和高度的控制。