高空气球发放方法技术

本发明专利技术公开了一种高空气球发放方法，主要包括如下步骤：将释放器与卷扬机的绳索连接好并将释放器环绕在气球合适的位置上；向气球内充气；操纵卷扬机放出绳索使气球上升；将降落伞、缆绳和试验仪器舱与气球依次连接，然后使气球再上升；操纵卷扬机继续释放气球可使仪器舱升空，操纵释放器弹开，脱离束缚的气球系统在浮力的作用下升空。这种高空气球发放方法，具有操作简单、所用设备少、占用场地小、发放成本低以及气球及吊舱无震动的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高空气球特别是科学气球的发放方法。
技术介绍
高空科学气球是一种相对费用低廉的高空运载工具，它可以携带几百公斤乃至几吨重的科学观测仪器升至30-40km的高空，飞行时间可长达数天至数十天，可用于多学科的科学实验和观测研究。由于高空气球体积庞大(体积可达数十万立方米)，浮力在几百公斤至数吨，因此，气球发放方法是关系到整个气球飞行实验成败的关键技术之一。高空科学气球技术经过了几十年的发展，各国发展了若干种不同的气球发放方法。这些发放方法具有各自独特的优点，但又或多或少存在着一些局限性。例如法国人曾经使用的简易气囊静态发放具有设备简单，便于操作的优点。其发放过程如图1所示，这种方法是利用释放器2固定住球体1，释放器2通过一定的缆绳3与地面设施4(例如地锚或车辆)连接，这样释放器2就可以承受浮升气体的浮力从而束缚住气球1。待气球1充气完毕，发放准备工作完成后，打开释放器2使气球1升空。由于气球1释放后吊舱6离开地面之前，气球1在浮力的作用下加速上升并使与气球相连的缆索、降落伞5等拉直，在吊舱6离开地面前气球1的升速可达到或超过6米/秒，而此时吊舱6仍处于静止状态。因此，在吊舱6被气球1拖曳升空的瞬间，吊舱6和气球1都会受到很大的冲击和震动。这对气球球体1和吊舱6内的仪器设备的安全都是不利的。为了克服静态发放存在的上述问题，法国人专利技术了软式发放，其过程如图2所示，在这种方法中使用一个滚筒装置7固定气球1的气泡，球体的大部分和降落伞结缆5基本展开后放在下风方向。在主气球1充气之前，使用一个辅助气球8在卷扬机9的控制下将吊舱6升起。卷扬机9装在一辆机动车10上，它根据地面风的情况，牵引辅助气球8和吊舱6移动到下风方向较合适的位置上。在主气球1释放之前，吊舱6离地的高度为4-5m。如图3所示，主气球1释放的同时切断卷扬机连接辅助气球8的绳索3。吊舱6和辅助气球8升速较慢，而主气球1由于处于空载状态下故而升速较快。如图4所示，随着主气球1升高并超过辅助气球8，主缆开始拉紧并逐渐靠近辅助气球8。当主缆与辅助气球8轴线的夹角到一定值时，辅助气球自动脱离，吊舱6随主气球1上升。至此发放程序结束。软式发放的优点是对场地要求不高；气象条件限制不很严格；可同时发放两个以上的载荷；并且连接降落伞5与吊舱8的缆绳的长度不受限制。其缺点是当辅助气球8脱离时，主缆尚未完全拉直，而且主气球1和吊舱8不在一条垂直线上，因此，吊舱8先是自由下落再被气球1拉住，随后是较大幅度的摆动。所以虽然相对于静态发放来说，可以发放较大的气球和较重的载荷，但气球1和吊舱6仍然受到相当大的冲击和震动。另外操作比较复杂，需要多个熟练的操作人员在不同的地点配合操作。而且发放成本高，主要是增加了辅助气球8和所用的氦气的费用。目前，使用较广泛并被公认较理想的动态发放方式可以发放百万立方米级的气球和两吨以上的有效载荷。其发放方法如图5所示，在充气过程中，气球1的头部绕过专门设计的滚筒装置7，下部通过结缆锁定在动态发放车10的释放机构上，吊舱6则悬挂在释放机构下方。发放时，打开滚筒7的锁紧机构，滚筒7在气球浮力的作用下向侧前方打开，气球升起，动态发放10车开始起动，根据风向和风速调整位置和方向。当气球和结缆系统完全立直，并处在吊舱6前方某一角度范围内时，由人工拉开释放机构，将吊舱释放出去。这种方法的优点是可发放重量较大的大型球载仪器，起飞过载较小，适用于装有精密设备的气球试验系统的发放。比较容易根据地面风的变化调整方向，发放灵活。但其需要昂贵的动态发放设备和几万平方米甚至十几万平方米可供重型车辆行驶的平整场地。
技术实现思路
针对现有的存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种发放灵活、占用场地小、发放成本低且对吊舱和仪器无震动和冲击的新型的。本专利技术提供的，主要包括如下步骤(1)将气球头部顺风铺好，将释放器与卷扬机的绳索连接好并将释放器环绕在气球合适的位置上；(2)向气球内充气； (3)充气完毕后，操纵卷扬机放出绳索使气球上升；(4)在气球底部离开地面前进行结缆操作，将降落伞、缆绳和试验仪器舱与气球依次连接，然后再使气球上升；(5)在无风或风速较低的情况下，操纵卷扬机继续释放气球使仪器舱升空；若风速较大，绳索有较大倾斜角时，可将气球上升使气球下半部、降落伞及缆绳拉紧，但仪器舱不升空；(6)以上工作完毕后，根据地面风的风向和风速，选择适当的时机，操纵释放器弹开，脱离束缚的气球系统在浮力的作用下升空。所述的卷扬机可以安装在机动车辆上，使其发放过程机动性较大。所述的释放器上可以连接有一个降落伞，以使其下降时速度较慢，不会摔坏释放器并且不会对地面的人或设备造成危险。本专利技术提供的这种高空气球的发放方法，同现有的发放方法相比具有如下优点(1)用卷扬机控制气球升空，在释放器弹开之前气球的上升速度处于可控状态，在连接气球及吊舱的降落伞及缆绳拉紧并使吊舱离开地面后才使释放器与气球脱离，使吊舱平稳且以较慢的开始速度上升，克服了静态发放及软式发放方法存在的吊舱摇摆及震动问题，对仪器舱没有冲击和震动，气球球体受到的冲击很小。(2)所用设备少，发放成本低，主要设备只有两件，不需要滚筒装置和动态发放车；也不需要大面积的发放场地。(3)操作简单。新的发放方式不像动态发放或软式发放中，操作人员需要在较大的范围内操作、互相配合及信息传递均有较高的要求。新方法还有一个优点不必整个球体全部铺开，只需将安装释放器的部位以上部分铺开，其余部分可留在球箱内。待气球充气完毕后，在卷扬机的控制下上升时利用气球的升力将剩余球体从球箱内拉出。这一特点不但减少了准备工作所需时间，降低了工作量，最大的好处是降低了对发放场地的要求。(4)是最平稳的一种发放方式。(5)本专利技术可适用于总浮力不超过1000kg的气球系统的发放。并且，由于设备简单，对发放场地要求不高，所以特别适用于流动发放。(6)一般来讲对地面风速的要求比静态发放要低。附图说明图1为静态发放方式示意图；图2为软式发放方式发放前的示意图；图3为软式发放方式主气球释放式的示意图；图4为软式发放辅助气球脱离瞬间示意图；图5为动态发放方式发放前的示意图；图6为本专利技术的发放准备阶段示意图；图7为本专利技术的控制球体上升阶段示意图；图8为地面风较小时发放前的示意图；图9为地面风较大时发放前示意图；图10为发放瞬间示意图。具体实施例方式下面结合一个具体实施例对本专利技术的作进一步说明，以助于理解本专利技术的内容。如图6-图10所示，飞行系统由吊舱6、8014型回收伞5及缆绳、Q100型气球1构成，发放设备由安装在机动车10上的卷扬机9、绳索3及释放器2构成。飞行系统重量吊舱 300kg8014型回收伞及缆绳 30kgQ100型气球 320kg总重 650kg飞行系统高度吊舱 2m8014型回收伞及缆绳 36mQ100气球母线长 89m总高 127m总浮力总重量×1.1＝715kg需用氦气650m3(每立方米氦气可提供1.1kg浮力)发放过程如下气球1需预留650m3的充气空间，如图6所示，根据计算释放器2应固定在距气球顶部20m的地方，将气球头顺风铺好，将释放器2固定在距气球1顶部20m的位置，并把绕在卷扬机9上的缆绳3与释放器2连接。向气球1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高空气球发放方法，主要包括如下步骤：　　　　（１）将气球头部顺风铺好，将释放器与卷扬机的绳索连接好并将释放器环绕在气球合适的位置上；　　　　（２）向气球内充气；　　　　（３）充气完毕后，操纵卷扬机放出绳索使气球上升；　　　　（４）在气球底部离开地面前进行结缆操作，将降落伞、缆绳和试验仪器舱与气球依次连接，然后再使气球上升；　　　　（５）在无风或风速较低的情况下，操纵卷扬机继续释放气球使仪器舱升空；若风速较大，绳索有较大倾斜角时，可将气球上升使气球下半部、降落伞及缆绳拉紧，但仪器舱不升空；　　　　（６）以上工作完毕后，根据地面风的风向和风速，选择适当的时机，操纵释放器弹开，脱离束缚的气球系统在浮力的作用下升空。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王立祥，杨家卫，丁克尔，孔敏南，郑荣挺，
申请(专利权)人：中国科学院高能物理研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]