專利名稱：一種系留氣球尾翼控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種系留氣球尾翼控制裝置。
背景技術(shù)：
系留氣球是一種自身不帶動(dòng)力，依靠浮力升空，通過系留纜繩滯留在空中預(yù)定位置的浮空器。系留氣球作為空中信息平臺(tái)，要求保持穩(wěn)定的姿態(tài)，以確保載荷設(shè)備(如探測(cè)雷達(dá)、成像設(shè)備等)在空中的工作姿態(tài)。尾翼作為系留氣球的重要組成部分，對(duì)維持系留氣球空中自穩(wěn)定狀態(tài)起著決定性的作用，系留氣球尾翼一般采用充氣膜結(jié)構(gòu)形式，利用其內(nèi)外氣體壓力差提供預(yù)應(yīng)力，從而維持尾翼的流線形外形；通常系留氣球包括一片垂直尾翼和兩片側(cè)向尾翼，呈倒“Y”型布局安裝在系留氣球囊體尾部上，采用這種尾翼布局的系留氣球，突風(fēng)情況下對(duì)俯仰姿態(tài)角·影響較大，由于垂直尾翼主要用于控制航向角的變化，僅增加系留氣球的橫向抗風(fēng)能力，而側(cè)向尾翼則可控制系留氣球的橫滾角、俯仰角的變化，因此系留氣球的自穩(wěn)定性主要?jiǎng)t側(cè)向尾翼所決定。然而，目前系留氣球側(cè)向尾翼系一整體固定結(jié)構(gòu),完全依靠對(duì)氣流的反作用而產(chǎn)生的俯仰力矩使系留氣球達(dá)到自穩(wěn)定狀態(tài)，這種自穩(wěn)定程度是有限的，在突風(fēng)情況下，系留氣球俯仰姿態(tài)角變化仍然較大，在一定情況下影響了載荷設(shè)備的正常工作。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種系留氣球尾翼控制裝置，利用這種尾翼控制裝置可使系留氣球在突風(fēng)情況下保持其俯仰姿態(tài)角變化控制在一定范圍內(nèi)，從而滿足系留氣球載荷設(shè)備在空中保持穩(wěn)定的工作姿態(tài)。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案為所述系留氣球尾翼控制裝置整合安裝在系留氣球上；該控制裝置包括風(fēng)速風(fēng)向傳感器1，姿態(tài)測(cè)量傳感器2，與風(fēng)速風(fēng)向傳感器I及姿態(tài)測(cè)量傳感器2連接的控制器系統(tǒng)3，分別安裝于系留氣球兩個(gè)側(cè)向尾翼7上且與安裝于尾翼7上的舵面轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)A 4和舵面轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)B 5 ;所述控制器系統(tǒng)3與舵面轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)A 4和舵面轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)B 5連接；其中，所述的系留氣球?yàn)閭鹘y(tǒng)的系留氣球結(jié)構(gòu)，包括球體6、側(cè)向尾翼7、鼻椎8和整流罩9 ;舵面11安裝于尾翼7的安定面10上；風(fēng)速風(fēng)向傳感器I、姿態(tài)測(cè)量傳感器2和控制器系統(tǒng)3可安裝在球體6或側(cè)向尾翼7的任何地方。所述控制器系統(tǒng)3接收風(fēng)速風(fēng)向傳感器I及姿態(tài)測(cè)量傳感器2的脈沖信號(hào)并傳送至舵面轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)A 4和舵面轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)B 5，舵面轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)A 4和舵面轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)B 5根據(jù)傳送的脈沖信號(hào)尾翼舵面11轉(zhuǎn)動(dòng)。其中，所述控制器系統(tǒng)3包括信號(hào)處理電路13、微處理器14和和驅(qū)動(dòng)電路15。作為一種優(yōu)選，所述風(fēng)速風(fēng)向傳感器I安裝在系留氣球頭部的鼻椎8處，使其對(duì)外界風(fēng)速和風(fēng)向信息可靠測(cè)量；所述姿態(tài)測(cè)量傳感器2安裝于系留氣球底部整流罩9中，確載荷設(shè)備和球體姿態(tài)的精確測(cè)量；所述控制器系統(tǒng)3通過安裝支架12安裝于側(cè)向尾翼7上，確保對(duì)機(jī)構(gòu)A 4和機(jī)構(gòu)B 5的可靠控制；所述舵面轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)A 4和舵面轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)B 5中裝有用于舵面11偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)作反饋裝置，確認(rèn)動(dòng)作可靠執(zhí)行，用來執(zhí)行舵面11偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)球體姿態(tài)的調(diào)整。另外 ，所述的球體6和側(cè)向尾翼7由傳統(tǒng)的系留氣球結(jié)構(gòu)的部分，也可專門按照?qǐng)D進(jìn)行設(shè)計(jì)。參見圖3，本裝置的工作原理是當(dāng)風(fēng)速風(fēng)向傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量突風(fēng)從系留氣球的前上方吹來時(shí)，系留氣球受到抬頭力矩的作用使球體發(fā)生姿態(tài)變化，當(dāng)姿態(tài)傳感器測(cè)量到球體姿態(tài)發(fā)生變化時(shí)，控制器系統(tǒng)將接收到的風(fēng)速風(fēng)向信息和姿態(tài)變化信息進(jìn)行處理，并調(diào)用算法軟件程序，發(fā)送指令至驅(qū)動(dòng)電路，由驅(qū)動(dòng)電路控制兩個(gè)舵面轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)至預(yù)定行程，通過轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)使舵面向下偏轉(zhuǎn)，使系留氣球尾部產(chǎn)生低頭力矩，抵消部分或全部尾翼抬頭力矩；同理，當(dāng)風(fēng)速風(fēng)向傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量突風(fēng)從系留氣球的前下方吹來時(shí)，系留氣球受到低頭力矩的作用使球體發(fā)生姿態(tài)變化，當(dāng)姿態(tài)傳感器測(cè)量到球體姿態(tài)發(fā)生變化時(shí)，控制器系統(tǒng)將接收到的風(fēng)速風(fēng)向信息和姿態(tài)變化信息進(jìn)行處理，并調(diào)用算法軟件程序，發(fā)送指令至驅(qū)動(dòng)電路，由驅(qū)動(dòng)電路控制兩個(gè)舵面轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)至預(yù)定行程，通過轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)使舵面向上偏轉(zhuǎn)，使系留氣球尾部產(chǎn)生抬頭力矩，抵消部分或全部尾翼低頭力矩。其中，風(fēng)速風(fēng)向傳感器將外界環(huán)境風(fēng)速變換成相應(yīng)的脈沖輸出給控制器系統(tǒng)，姿態(tài)測(cè)量傳感器將球體姿態(tài)信息變換成相應(yīng)的脈沖輸出給控制器系統(tǒng)。本裝置的有益效果是在突風(fēng)情況下，本裝置能實(shí)時(shí)測(cè)量其外界風(fēng)速、風(fēng)向和球體姿態(tài)的的變化，并做出相應(yīng)的判斷指令，使舵面的偏轉(zhuǎn)在系留氣球縱向平面內(nèi)產(chǎn)生對(duì)系留氣球的抬頭力矩或低頭力矩，抵消部分或全部突風(fēng)產(chǎn)生的擾動(dòng)力矩，保證系留氣球的平衡迎角不變或者有效減小系留氣球平衡迎角的變化量，從而使系留氣球的姿態(tài)變化在一定范圍內(nèi)，可保證系留氣球的縱向穩(wěn)定性。

圖I為本實(shí)用新型安裝的一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為系留氣球側(cè)向尾翼結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為系留氣球尾翼控制裝置原理方框圖。圖中1、風(fēng)速風(fēng)向傳感器；2、姿態(tài)測(cè)量傳感器；3、控制器系統(tǒng)；4、舵面轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)A ;
5、舵面轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)B ;6、球體；7、側(cè)向尾翼；8、鼻椎；9、整流罩；10、安定面；11、舵面；12、安裝支架；13、信號(hào)處理電路；14、微處理器；15、驅(qū)動(dòng)電路。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。
實(shí)施例如圖I和圖2所示，所述系留氣球尾翼控制裝置整合安裝在系留氣球上；該控制裝置包括風(fēng)速風(fēng)向傳感器I，姿態(tài)測(cè)量傳感器2，與風(fēng)速風(fēng)向傳感器I及姿態(tài)測(cè)量傳感器2連接的控制器系統(tǒng)3，分別安裝于系留氣球兩個(gè)側(cè)向尾翼7上且與安裝于尾翼7上的舵面轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)A 4和舵面轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)B 5 ;所述控制器系統(tǒng)3與舵面轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)A 4和舵面轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)B 5連接；其中，所述的系留氣球?yàn)閭鹘y(tǒng)的系留氣球結(jié)構(gòu)，包括球體6、側(cè)向尾翼7、鼻椎8和整流罩9 ;舵面11安裝于尾翼7的安定面10上；所述風(fēng)速風(fēng)向傳感器I安裝在系留氣球頭部的鼻椎8處，使其對(duì)外界風(fēng)速和風(fēng)向信息可靠測(cè)量；所述姿態(tài)測(cè)量傳感器2安裝于系留氣球底部整流罩9中，確載荷設(shè)備和球體姿態(tài)的精確測(cè)量；所述控制器系統(tǒng)3通過安裝支架12安裝于側(cè)向尾翼7上，確保對(duì)機(jī)構(gòu)A 4和機(jī)構(gòu)B 5的可靠控制；所述舵面轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)A 4和舵面轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)B 5中裝有用于執(zhí)行舵面11偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)作反饋裝置，確認(rèn)動(dòng)作可靠執(zhí)行，用來執(zhí)行舵面11偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)球體姿態(tài)的調(diào)整。所述控制器系統(tǒng)3接收風(fēng)速風(fēng)向傳感器I及姿態(tài)測(cè)量傳感器2的脈沖信號(hào)并傳送 至舵面轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)A 4和舵面轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)B 5，舵面轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)A 4和舵面轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)B 5根據(jù)傳送的脈沖信號(hào)帶動(dòng)尾翼舵面11轉(zhuǎn)動(dòng)。其中，控制器系統(tǒng)3包括信號(hào)處理電路13、微處理器14和和驅(qū)動(dòng)電路15。
權(quán)利要求1.一種系留氣球尾翼控制裝置，所述控制裝置整合安裝在系留氣球上，其特征在于，所述控制裝置包括風(fēng)速風(fēng)向傳感器(1)，姿態(tài)測(cè)量傳感器(2)，與風(fēng)速風(fēng)向傳感器(I)和姿態(tài)測(cè)量傳感器(2)連接的控制器系統(tǒng)(3)，分別安裝于系留氣球兩個(gè)側(cè)向尾翼(7)上且與安裝于尾翼(7)上的舵面(11)連接的舵面轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)A (4)和舵面轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)B (5);所述控制器系統(tǒng)(3)與舵面轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)A (4)和舵面轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)B (5)連接；所述控制器系統(tǒng)(3)接收和處理風(fēng)速風(fēng)向傳感器(I)及姿態(tài)測(cè)量傳感器(2)的脈沖信號(hào)并驅(qū)動(dòng)舵面轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)A (4)和舵面轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)B (5 )帶動(dòng)舵面(11)轉(zhuǎn)動(dòng)。
2.如權(quán)利要求I所述的控制裝置，其特征在于，所述控制器系統(tǒng)(3)包括信號(hào)處理電路(13)、微處理器(14 )和和驅(qū)動(dòng)電路(15 )。
3.如權(quán)利要求I所述的控制裝置，其特征在于，所述風(fēng)速風(fēng)向傳感器(I)安裝在系留氣球頭部的鼻椎(8)處。
4.如權(quán)利要求I所述的控制裝置，其特征在于，所述姿態(tài)測(cè)量傳感器(2)安裝于系留氣球底部整流罩(9)中。
5.如權(quán)利要求I所述的控制裝置，其特征在于，所述控制器系統(tǒng)(3)通過安裝支架(12)安裝于側(cè)向尾翼(7)上。
6.如權(quán)利要求I所述的控制裝置，其特征在于，所述舵面轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)A(4)和舵面轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)B (5)中裝有用于執(zhí)行舵面(11)偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)作反饋裝置。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種系留氣球尾翼控制裝置，所述控制裝置整合安裝在系留氣球上，所述控制裝置包括風(fēng)速風(fēng)向傳感器，姿態(tài)測(cè)量傳感器，與風(fēng)速風(fēng)向傳感器和姿態(tài)測(cè)量傳感器連接的控制器系統(tǒng)，分別安裝于系留氣球兩個(gè)側(cè)向尾翼上且與安裝于尾翼上的舵面連接的舵面轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)A和舵面轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)B；所述控制器系統(tǒng)與舵面轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)A和舵面轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)B連接；所述控制器系統(tǒng)接收和處理風(fēng)速風(fēng)向傳感器及姿態(tài)測(cè)量傳感器的脈沖信號(hào)并驅(qū)動(dòng)舵面轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)A和舵面轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)B帶動(dòng)舵面轉(zhuǎn)動(dòng)。本裝置能使系留氣球在外界環(huán)境風(fēng)速影響下的姿態(tài)變化控制在一定范圍內(nèi)，可保證系留氣球的縱向穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)B64B1/40GK202765284SQ201220423649
公開日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2012年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月24日
發(fā)明者黎旭東 申請(qǐng)人:湖南航天機(jī)電設(shè)備與特種材料研究所