本發(fā)明屬于飛艇轉(zhuǎn)運放飛技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種分立式模塊化大型飛艇轉(zhuǎn)運放飛系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

隨著臨近空間研究和材料科學(xué)的發(fā)展，大型臨近空間飛艇(體積達到20000m³以上)的研制由設(shè)想變成現(xiàn)實。目前，雖然已有大型臨近空間飛艇問世，但是飛艇試驗的成功案例并不是很多。其中，飛艇轉(zhuǎn)運放飛過程的安全性是制約臨近空間飛艇試驗的關(guān)鍵因素之一，因此大型飛艇轉(zhuǎn)運放飛平臺應(yīng)運而生。

飛艇轉(zhuǎn)運放飛平臺是一種為飛艇出庫、轉(zhuǎn)運、錨泊及放飛提供承載和運輸基礎(chǔ)的裝置，作為飛艇試驗系統(tǒng)的重要組成部分之一，其作用主要包括兩個方面：一是為飛艇的出庫、轉(zhuǎn)運、錨泊等提供一個穩(wěn)定可靠的承載平臺；二是在飛艇轉(zhuǎn)運、錨泊及放飛過程中，輔助飛艇抵御風(fēng)場，尤其是側(cè)風(fēng)對飛艇艇體的影響。轉(zhuǎn)運放飛系統(tǒng)輔助飛艇抵御風(fēng)場有兩種方式，一種是通過輔助支撐托架增加飛艇艇體與轉(zhuǎn)運放飛平臺的接觸面積，輔助艇體抵御側(cè)風(fēng)的影響。另一種是通過調(diào)整飛艇艇體方向，使飛艇沿著風(fēng)向轉(zhuǎn)運，減小側(cè)風(fēng)對艇體的影響。第一種方式中，飛艇艇體對風(fēng)場是硬性的抵御，這種方式對輔助支撐結(jié)構(gòu)有較高的要求，如果支撐結(jié)構(gòu)與艇體的接觸面不夠大，巨大的風(fēng)載可能會造成艇體內(nèi)外壓差過大，導(dǎo)致飛艇囊皮的漲裂。方式二要求轉(zhuǎn)運放飛系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)都能夠同步作業(yè)，這種方式對轉(zhuǎn)運放飛平臺的同步控制精度要求比較高。

大型飛艇從無風(fēng)的艇庫環(huán)境轉(zhuǎn)運至有風(fēng)的自然環(huán)境將承受巨大的風(fēng)載；同時，轉(zhuǎn)運放飛過程中還需根據(jù)不同型號飛艇放飛要求以及風(fēng)場變化實現(xiàn)艇體方向調(diào)節(jié)和放飛控制，因此，安全可靠地實現(xiàn)飛艇轉(zhuǎn)運和放飛控制對于確保試驗順利進行十分關(guān)鍵。目前，在臨近空間領(lǐng)域，大型飛艇的轉(zhuǎn)運放飛系統(tǒng)一般結(jié)構(gòu)為組合式布局，由多臺牽引車輛和飛艇承載平臺組成，在飛艇出庫、轉(zhuǎn)運及錨泊過程中，將飛艇放置于承載平臺上，由多輛牽引車輛牽引飛艇出庫和轉(zhuǎn)運。當(dāng)飛艇處于出庫、轉(zhuǎn)運和錨泊狀態(tài)時，多輛牽引車輛聽從指揮人員的統(tǒng)一指揮，協(xié)調(diào)一致的完成飛艇前進、停止或后退動作；當(dāng)飛艇需要放飛時，同時切斷牽引車輛與飛艇之間的連接繩索，完成飛艇的放飛升空動作。這類飛艇轉(zhuǎn)運放飛系統(tǒng)的突出優(yōu)點是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低。缺點是自動化程度低，需要大量操作人員，同時抗側(cè)風(fēng)能力較差，很容易造成飛艇側(cè)翻或艇體囊皮撕裂，轉(zhuǎn)運放飛過程安全性低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有轉(zhuǎn)運放飛系統(tǒng)自動化程度低，需要大量操作人員，同時抗側(cè)風(fēng)能力較差，易造成飛艇側(cè)翻或囊皮撕裂的問題，設(shè)計了一種適用于大型臨近空間飛艇的轉(zhuǎn)運、錨泊以及放飛任務(wù)的分立式模塊化大型飛艇轉(zhuǎn)運放飛系統(tǒng)及方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種分立式模塊化大型飛艇轉(zhuǎn)運放飛系統(tǒng)，包括：轉(zhuǎn)運放飛平臺和同步控制系統(tǒng)；

所述的轉(zhuǎn)運放飛平臺包括相互獨立的一個牽引車組和兩個轉(zhuǎn)運車組；所述的牽引車組利用牽引塔的牽引拴住飛艇的頭部；兩個轉(zhuǎn)運車組分別設(shè)置在飛艇兩側(cè)，并通過系留繩將飛艇兩側(cè)固定；牽引車組和轉(zhuǎn)運車組均采用模塊化的結(jié)構(gòu)，各個模塊之間能夠根據(jù)需求通過安裝接口進行模塊的組合；

所述的同步控制系統(tǒng)控制轉(zhuǎn)運放飛平臺牽引飛艇移動，并根據(jù)風(fēng)場變化調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)運放飛平臺的運動方向。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述的轉(zhuǎn)運車組包括一個或多個轉(zhuǎn)運車單元，每個轉(zhuǎn)運車單元包括一個用于提供動力的第一自行式平板車模塊和兩個用于提供支撐的連接桁架模塊，兩個連接桁架模塊分別設(shè)置在第一自行式平板車模塊的首位兩端；連接桁架模塊上設(shè)置有為系留繩收放裝置提供安裝平臺的系留點安裝接口模塊，連接桁架模塊端部設(shè)置有用于多個轉(zhuǎn)運車單元拼接的安裝接口。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述的牽引車組包括第二自行式平板車模塊、牽引塔以及牽引頭錐模塊；其中，牽引塔設(shè)置在第二自行式平板車模塊上，牽引頭錐模塊安裝在牽引塔頂部。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述牽引塔的高度可調(diào)節(jié)。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述的同步控制系統(tǒng)包括同步控制中心和設(shè)置在牽引車組和轉(zhuǎn)運車組上的車輛控制器，

車輛控制器包括無線模塊、定位模塊、轉(zhuǎn)向編碼器、行駛編碼器、轉(zhuǎn)向比例閥及行駛比例閥；

車輛控制器利用轉(zhuǎn)向比例閥與行駛比例閥控制車組的運動，定位模塊通過無線模塊將測距裝置或定位裝置測得的每個車組的位置信息反饋給同步控制中心；

同步控制中心，用于根據(jù)轉(zhuǎn)運放飛平臺當(dāng)前的轉(zhuǎn)運模式，計算出多個車組之間的理想距離，通過車組位置信息結(jié)果和理想距離之間的差值，計算出每個車組的控制信息，然后通過無線模塊將控制信息傳遞給各個車組控制器的轉(zhuǎn)向編碼器和行駛編碼器，調(diào)整各個車組的運動。

作為本發(fā)明的進一步改進，，測距裝置為激光雷達或激光測距儀，定位裝置為GPS或北斗衛(wèi)星。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述的一個牽引車組和兩個轉(zhuǎn)運車組成品字形排布。

一種分立式模塊化大型飛艇轉(zhuǎn)運放飛系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：

根據(jù)任務(wù)需求和風(fēng)場變化確定轉(zhuǎn)運過程中的轉(zhuǎn)運模式；

根據(jù)車組當(dāng)前的轉(zhuǎn)運模式，計算出多個車組之間的理想距離；

獲取每個分立式車組的實時相對位置信息；

通過車組位置信息結(jié)果和理想距離之間的差值，計算出每個車組的控制信息，

將控制信息傳遞給各個車組的控制器，進行調(diào)整各個車組的運動。

進一步，相對位置信息通過GPS/北斗定位方式或者激光雷達、激光測距儀測距方式實時測量。

進一步，所述的轉(zhuǎn)運模式包括前進、后退、斜行、橫行及原地回轉(zhuǎn)。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明的轉(zhuǎn)運放飛平臺包括相互獨立牽引車組和轉(zhuǎn)運車組；由于采用了分立式結(jié)構(gòu)，每個車組之間沒有剛性桁架連接，車組之間排布方式(即相對位置)可根據(jù)飛艇轉(zhuǎn)運需求、飛艇的大小、類型以及飛艇的系留方式等進行設(shè)計和調(diào)整，從而保證了平臺具有良好的可擴展性，可以滿足不同類型、長度、體積飛艇的轉(zhuǎn)運放飛需求。該發(fā)明基于模塊化設(shè)計，利用技術(shù)成熟的自行式平板車和專有的連接桁架，不僅使轉(zhuǎn)運放飛系統(tǒng)能夠便捷地運輸、存放、安裝和調(diào)試，同時提高了系統(tǒng)可靠性。

進一步，自行式液壓平板車和專有連接桁架組合構(gòu)成了基本的轉(zhuǎn)運車組單元，牽引塔和自行式液壓平板車的組合構(gòu)成了牽引車組，通過牽引塔車組的牽引和轉(zhuǎn)運車組的系留，實現(xiàn)了飛艇的轉(zhuǎn)運。

進一步，牽引車組利用各種模塊的組合，特定的排布方式和安裝接口，以及高度可調(diào)節(jié)的牽引塔，可以滿足不同類型、長度、體積飛艇的轉(zhuǎn)運放飛需求。

進一步，同步控制中心通過同步控制系統(tǒng)調(diào)整轉(zhuǎn)運放飛平臺，可以使艇體沿著風(fēng)向轉(zhuǎn)運，減小側(cè)風(fēng)對飛艇的影響，從而提高了放飛試驗的自動化程度和安全性。

本發(fā)明的控制方法可根據(jù)風(fēng)場變化調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)運放飛系統(tǒng)的運動方向，減小了側(cè)風(fēng)對飛艇的影響，極大地提高了大型飛艇轉(zhuǎn)運放飛過程中的安全性。同時，通過模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計以及同步自動控制，有效提高了轉(zhuǎn)運放飛系統(tǒng)的通用性、可擴展性以及自動化能力。該轉(zhuǎn)運放飛系統(tǒng)操作方便，環(huán)境適應(yīng)性強，尤其適用于大型飛艇的轉(zhuǎn)運放飛場合。

優(yōu)選地，該發(fā)明可實現(xiàn)不同獨立模塊之間的同步運行，可以通過定位方式(GPS/北斗)或者激光雷達、激光測距儀等各種測距方式實時測量出各車組之間的相對位置，將位置信息實時反饋給同步控制系統(tǒng)。

附圖說明

圖1轉(zhuǎn)運放飛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖(品字形排布模式)；

圖2轉(zhuǎn)運車組示意圖；

圖3牽引車組示意圖；

圖4同步控制系統(tǒng)原理圖。

其中：1、牽引車組；2、轉(zhuǎn)運車組；3、系留點安裝接口；4、飛艇；5、系留繩；6、牽引塔；7、系留點安裝接口模塊；8、連接桁架模塊；9、第一自行式平板車模塊；10、第二自行式平板車模塊；11、牽引頭錐模塊。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式(以品字形排布模式為例)對本發(fā)明作進行一步詳細說明：

參見圖1，轉(zhuǎn)運放飛平臺結(jié)構(gòu)示意圖(品字形排布模式)，本發(fā)明的轉(zhuǎn)運放飛平臺硬件方面主要由牽引車組1、轉(zhuǎn)運車組2、系留點安裝接口3以及牽引塔6組成。軟件方面主要由同步控制系統(tǒng)組成。平臺采用分立式結(jié)構(gòu)，車組之間沒有鋼性桁架連接。

其中，牽引車組1利用牽引塔6的牽引拴住飛艇4的頭部，保證飛艇在轉(zhuǎn)運過程中得到牽引控制；轉(zhuǎn)運車組2通過系留點安裝接口3和系留繩5將飛艇固定在轉(zhuǎn)運放飛平臺上。當(dāng)轉(zhuǎn)運放飛平臺根據(jù)試驗需要進行前進、后退、斜行、橫行及原地回轉(zhuǎn)等多種轉(zhuǎn)運模式時，飛艇則跟隨轉(zhuǎn)運系統(tǒng)進行相應(yīng)的運動，從而保證了飛艇4的安全轉(zhuǎn)運。當(dāng)飛艇4轉(zhuǎn)運至預(yù)定放飛位置后，根據(jù)試驗要求調(diào)整飛艇方向，當(dāng)滿足放飛條件時，通過控制纜繩收放裝置切斷系留繩索、解除頭錐牽引等工序，最終實現(xiàn)飛艇4的放飛。

如圖2所示，轉(zhuǎn)運車組2主要由第一自行式平板車模塊9、連接桁架模塊8以及系留點安裝接口模塊7組成。其中，自行式液壓平板車模塊9為轉(zhuǎn)運車組提供動力，連接桁架模塊8提供支撐作用，系留點安裝接口模塊7則為纜繩收放裝置提供安裝平臺。連接桁架模塊8可以根據(jù)飛艇試驗的需求選擇尺寸型號，系留點安裝接口模塊7的位置則根據(jù)飛艇系留點位置來確定。轉(zhuǎn)運車組在自行式平板車的帶動下，根據(jù)控制系統(tǒng)的指令可以完成多種運動模式。各個模塊之間有專門設(shè)計的安裝接口，從而提高了轉(zhuǎn)運放飛系統(tǒng)的可擴展性和通用性。

自行式平板車模塊采用技術(shù)成熟的自行式液壓平板車，屬于多軸線輪胎式工程車輛，液壓平板車可以采用全液壓獨立轉(zhuǎn)向或拉桿轉(zhuǎn)向，保證每個輪胎轉(zhuǎn)向均為純轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)全方位轉(zhuǎn)向。由于自行式液壓平板車轉(zhuǎn)向易于自動化控制，從而降低了轉(zhuǎn)運放飛系統(tǒng)同步控制的難度。可以為飛艇轉(zhuǎn)運放飛提供前進、后退、斜行、橫行及原地回轉(zhuǎn)等多種轉(zhuǎn)運模式。

如圖3所示，牽引車組1主要由第二自行式平板車模塊10、可升降牽引塔6以及牽引頭錐模塊11組成。其中，平板車模塊10主要為牽引車組提供牽引動力，可升降牽引塔6的高度以及牽引頭錐模塊11的大小則根據(jù)飛艇的大小進行選擇。

如圖4所示，轉(zhuǎn)運放飛系統(tǒng)的同步控制系統(tǒng)主要是在每輛平板車上安裝一套車輛控制器，包括無線模塊、定位模塊、轉(zhuǎn)向編碼器、行駛編碼器、轉(zhuǎn)向比例閥及行駛比例閥。轉(zhuǎn)向比例閥及行駛比例閥與平板車的驅(qū)動泵連接，轉(zhuǎn)向編碼器和行駛編碼器分別與轉(zhuǎn)向比例閥及行駛比例閥連接，定位模塊與無線模塊連接，無線模塊與同步控制中心無線連接。車輛控制器利用轉(zhuǎn)向比例閥與行駛比例閥控制車輛的運動。定位模塊通過無線模塊將每輛車位置信息實時反饋給同步控制中心，車輛間的相對位置信息可通過定位方式(GPS/北斗定位)或者激光雷達、激光測距儀等各種測距方式實時測量。

同步控制中心則根據(jù)轉(zhuǎn)運系統(tǒng)當(dāng)前的轉(zhuǎn)運模式，計算出多個車組之間的理想距離，通過反饋測量結(jié)果和理想距離之間的差值，計算出每輛平板車的控制信息，然后通過無線模塊將控制信息傳遞給各個車輛控制器，調(diào)整各個平板車的運動，從而保證多個車組按照規(guī)定的方式運動。

本發(fā)明的設(shè)計思路及工作原理為：

本發(fā)明采用了分立式結(jié)構(gòu)，每個車組之間沒有剛性桁架連接，車組之間排布方式(即相對位置)可根據(jù)飛艇轉(zhuǎn)運需求、飛艇的大小、類型以及飛艇的系留方式等進行設(shè)計和調(diào)整，從而保證了平臺具有良好的可擴展性，可以滿足不同類型、長度、體積飛艇的轉(zhuǎn)運放飛需求。

自行式液壓平板車和專有連接桁架組合構(gòu)成了基本的轉(zhuǎn)運車組單元，牽引塔和自行式液壓平板車的組合構(gòu)成了牽引車組，通過牽引塔車組的牽引和轉(zhuǎn)運車組的系留，實現(xiàn)了飛艇的轉(zhuǎn)運。利用各種模塊的組合，特定的排布方式和安裝接口，以及高度可調(diào)節(jié)的牽引塔，可以滿足不同類型、長度、體積飛艇的轉(zhuǎn)運放飛需求。

關(guān)于同步控制，多組車輛之間的相對位置可采用定位方式(GPS/北斗定位)或者激光雷達、激光測距儀等各種測距方式實時測量，根據(jù)車組之間的位置變化，實時反饋給同步控制系統(tǒng)，同步控制系統(tǒng)則根據(jù)車組的排布方式計算并控制多種轉(zhuǎn)運模式(前進、后退、斜行、橫行及原地回轉(zhuǎn)等模式)下各個自行式液壓平板車之間的相對位置及各個平板車的運動方式。計算出多個車組之間的理想距離，通過反饋測量結(jié)果和理想距離之間的差值，分別調(diào)整各個車組的運動，從而保證多個車組按照規(guī)定的方式運動。

該發(fā)明可根據(jù)風(fēng)場變化調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)運放飛系統(tǒng)的運動方向，減小了側(cè)風(fēng)對飛艇的影響，極大地提高了大型飛艇轉(zhuǎn)運放飛過程中的安全性。同時，通過模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計以及同步自動控制，有效提高了轉(zhuǎn)運放飛系統(tǒng)的通用性、可擴展性以及自動化能力。該轉(zhuǎn)運放飛系統(tǒng)操作方便，環(huán)境適應(yīng)性強，尤其適用于大型飛艇的轉(zhuǎn)運放飛場合。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護范圍為準。