新型系留气球缆绳收放系统设计
系留气球多点式系留拉索设计技术研究
系留气球多点式系留拉索设计技术研究作者：来源：《科技创新与应用》2019年第11期摘; 要：为了设计安全可靠、受力合理的系留拉索，文章提出了一种多点式“树状”形式的系留拉索，拉索之间通过金属结构件相连，连接关节可自由活动，能够把系留缆绳的集中大载荷逐级分解为小载荷，安全可靠地传递给囊体，并且能够根据受力方向，适当调整拉索角度，以适应球体姿态的变化。
根据拉索的结构形式，给出了拉索设计原则与流程，提出了系留拉索节点空间位置以及在球体上布置方式的确定方法，并依此方法设计了一套系留拉索，应用到某系留气球系统中，囊体和拉索受力均匀，球体系留安全可靠，状态平稳。
关键词：系留气球;多点式;系留拉索;设计技术中图分类号：V273; ; ; ; ;文献标志码：A; ; ; ; ;文章編号：2095-2945（2019）11-0084-03Abstract： In order to design safe， reliable and reasonably stressed mooring dragline， a multi-point "tree" form of mooring dragline is proposed in this paper. The draglines are connected with each other through metal structures， and the joints can move freely. The concentrated and large loads of mooring cables can be decomposed into small loads step by step， and the cables can be safely and r1 概述系留气球是一种利用轻于空气的气体来提供升力，无动力气球飞行器，通过缆绳系留在地面系留设施上，具有研制成本低、留空时间长、安全性好、维护成本低等特点，可搭载电子干扰、雷达、侦察、通信等军用设备，在军事上的应用越来越广泛[1-2]。
一种用于公共安全的小型机动式系留气球系统
一种用于公共安全的小型机动式系留气球系统随着城市化的高速发展，越来越多的公共安全问题呈现在社会和政府的面前。
影响城市公共安全的因素主要有三大类：社会公共安全事件、事故灾难和自然灾害[1-2]。
其中，社会公共安全事件最常见、危害最广，其主要包括恐怖袭击、群体性事件、重大刑事案件等，会破坏城市的正常生产和生活秩序，可能造成重大人员伤亡、重大财产损失或重大生态破坏。
系留气球系统作为新兴的空中平台，具有平台高度稳定、费效比低等巨大优势，已在城市公共安全领域发挥了越来越突出的作用。
2021年上海世博会期间成功应用了车载系留气球监测系统进行安保监视和信息收集。
该系统的成功应用表明了系留气球搭载球载摄像机升空进行视频监控，可有效地提高了突发公共安全事件的预警能力。
但是，该系统的气球体积较大，不便机动。
本文提出了一种可进行视频监控、应急通信中继的小型机动式系留气球系统。
该系统将小型机动式系留气球、球载摄像机和4G应急通信设备进行组合，即可实现从空中对地面进行视频监控，又能进行应急通信，从而提高公安部门对公共安全事件的应急处理能力。
1 系统特点系统具有以下特点：1）视频和应急通信一体化球载摄像机和4G应急通信设备组合升空，既可进行视频成像、移动目标捕获和跟踪，又能进行应急通信指挥。
一旦出现发情况，公安部门可以迅速利用球上的4G应急通信进行指挥调度，处理险情，进而增加警察的应急反应能力，如图1所示。
2）可快速机动转场监控系统机动灵活，对场地要求较低。
能够根据需要，通过车载运输模式（如图2所示）机动至内城市内相关区域，迅速升空实现监控。
2 设计方案2.1 系统组成系统采用小型系留气球搭载球载摄像机和4G应急通信设备（如TD-LTE）升空，实现从空中对地面进行视频监控，并具备应急通信功能。
小型机动式系留气球系统包含小型系留气球、任务设备两大部分，如图3所示。
1）小型系留气球小型系留气球由气球、系留缆绳、锚泊车和综合保障车组成。
系留气球系留系统的设计
（ ２ ）操作地面绞车系统， 适当降低气球的高度，确保 机械索具处于松弛状态。
系 留抓 手 主 要 分布 在 系 留气 球 的两 侧 ，与 球 体 相 连 ，主要 作用 是将从 拉 索处传 递过 来 的载荷平 均分 配到 球体上 。系 留抓手 的受力方 向应基本与球体相 切 。
回收过程 中常用的使 用程序 。
【 关键词 】系留气球 ；系留 系统 ；结构设计 ；升空回收
时 ，同样 保证 顺风系 留。这 样可有 效 降低作用 在球体 上
引言
作为一种新 兴的空中通信平 台，系留气球 自从其诞生 起 ，就受到人们的广泛关注 。它具有滞空时间长，覆盖范围 广，能源消耗低，操作维护简单，便于拆装回收，机动性能 强等特点。在系留气球升空后 ，系留气球平台仅仅依靠一根 系留缆绳与地面设备进行连接 ，因此系留气球系留系统的优 劣直接影响到系留气球是否能安全稳定可靠的系泊在预定高 空执行通信任务，也是影响气球回收的关键因素 。 系留系 统主要 由空 中系 留系统与 地面锚 泊系 统两部 分组成 ，本文将分别对两部分进行设计与说 明。
的载荷 ，同时也 降低 作用 在整个 系统 上 的载荷 ，从而提 高系 统的可 靠性 与安全性 。另 外 ，系 留气球 平 台在空 中 工作时，顺风向布置也可有效减少系留缆绳的磨损 。
（ ３ ）快 速 布 置
考 虑到 系留气球 系 统用于 应急通 信 的特殊 性 ，其 设 计必须具有快速 布置 的能力 。对于 中小型系留气球 的系留
台绞车对气球进 行系留。气球升空 回收过程 中，由三台绞
预防雷击等功能；其设计材料必须具有单位重量轻 、柔软性 好、可反复的收放和弯曲等特点。系留缆绳作为保证系留气 球系统在高空中安全稳定可靠工作 的牵引线， 决定了气球的
系留气球球体结构系统布置方法研究
系留气球球体结构系统布置方法研究摘要：本文对系留气球球体的相关结构系统原理进行分析与研究，将其结构系统各个设备的功能进行探讨，同时指出在结构系统各个设备运行期间需注意的相关细节问题，最终指出球体结构系统的布置方式与方法，以供相关人员参考。
关键词：系留气球；球体结构；布置方法前言：系留气球是一种根据气囊内部所具有的浮升气体来获得上升和飞行的浮力，同时使用缆绳系统栓主地面所涉及的无动力浮空器，为系留气球的飞行提供一定的动力。
另外根据气球结构所具有的气动升力和剩余浮力，其能够在空中特定的范围内实现更高高度和更长时间的飞行与驻留。
因此为全面提升系留气球的功能性与实用性，需要对本体结构系统相关布置方法进行详细分析，进而为其功能性发挥提供充足条件。
1.系留气球的相关简介系留气球是基于地面绞车的作用，在绞车上利用缆绳来及控制大气中漂浮的气球，当升到高度为2km以下时，主要用于大气边界层的探测。
另外系留气球在实际工作期间，主要依靠气囊内部所具备的浮升气体来获得浮力，然后利用缆绳作用将浮空器固定在某一高度和区域，实现固定高度与固定范围的长时间飞行与驻留[1]。
在实际工作中，为了保障气球稳定性提升，在必要时可以做成流线型，在空中横放。
球体内部充足氢气或者氮气，并且本身可以携带多种仪器，如自记仪器、无线电遥测仪器等，并且也可结合相关的掉挂仪器实施多个预定高度的观测工作。
目前所使用的系留气球有几种大型的气球形式，该类气球多是以聚酯薄膜为主要材料制作，除本身可携带一些大型仪器设备之外，还能够大范围观测大气污染情况，同时能够连续几十个小时观测大气污染的变化情况，但是其使用环境如果存在强风，则会影响到气球实际工作能力。
在系留气球的使用中，作为一种升空平台形式，能够为球载设备提供较大的对地视野范围，滞空高度越高，所监测范围越大。
目前的系留气球一般多用于大气与环境监测方面等民用领域，而军用领域属于特殊领域，其多被军方用于电子对抗、超长波监测与通信等方面，为我国国防安全提供重要的数据支持。
系留缆绳系统及观光系留气球[实用新型专利]
![系留缆绳系统及观光系留气球[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/48f855a8336c1eb91b375d70.png)
专利名称：系留缆绳系统及观光系留气球
专利类型：实用新型专利
发明人：肖鹏,顾文华,郑军喜,刘艺,蔡稳,朱强,胡小金,李习习,王小四,王喜鹤,何巍
申请号：CN201720489275.5
申请日：20170504
公开号：CN206841701U
公开日：
20180105
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型提供了一种系留缆绳系统及观光系留气球，涉及机械制造领域。
该系留缆绳系统包括集索圈、多个第一钢索、多个第二钢索、多个第三钢索、旋转连接器以及系留缆绳。
多个第一钢索的一端沿集索圈的周向连接于集索圈，多个第一钢索的另一端用于与吊绳连接；多个第二钢索的一端沿集索圈的周向连接于集索圈，多个第二钢索的另一端用于与吊篮连接；多个第三钢索的一端沿集索圈的周向连接于集索圈，多个第三钢索的另一端与旋转连接器的一端连接，旋转连接器的另一端与系留缆绳的一端连接，系留缆绳远离旋转连接器的一端用于与地面收放装置连接。
本系留缆绳系统其能够承载观光气球较大的载荷，同时满足观光气球的旋转运动的要求，保证安全。
申请人：中国特种飞行器研究所
地址：448000 湖北省荆门市东宝区西宝山路3号
国籍：CN
代理机构：北京超凡志成知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：梁斌
更多信息请下载全文后查看。
系留气球拉索汇流装置结构设计
系留气球拉索汇流装置结构设计发布时间：2021-07-01T15:48:37.353Z 来源：《科学与技术》2021年3月7期作者：陈科[导读] 系留气球设备是高空飞行器的一种，在军事领域中发挥着重要作用。
拉索汇流装置是该设备的重要组成部分，陈科中国电子科技集团公司第三十八研究所,安徽省合肥市230031摘要：系留气球设备是高空飞行器的一种，在军事领域中发挥着重要作用。
拉索汇流装置是该设备的重要组成部分，在实际应用中发挥着保证系留气球飞行安全性的职责，因此，我国科研人员对相关装置的研究力度不断提升。
基于此，本文将结合浮空器设计规范以及拉索汇流装置的使用要求提出设计方案，并对方案的强度进行试验，明确设计方案的可行性，希望对相关工作人员提供设计经验参考。
关键词：系留气球；拉索汇流装置；结构设计引言：在当前科学技术不断进步以及军事装备发展要求的条件下，系留气球发挥的作用不断提升。
该装备在实际发展中可以搭载不同的电子设备实现防空预警、电子对抗、通信中继、空中侦查等功能，因此被广泛应于军事领域以及反恐缉私中。
拉索汇流装置在实际应用过程中主要承担系留气球升空以及滞留高空期间，将固定缆绳荷载均匀分散至拉索上，进而实现保证设备安全性的目的。
因此，加强对提升该装置设计质量的研究具有中要现实意义。
1.拉索汇流装置结构设计思路及原则在系留气球设备整体结构布局之中，拉锁汇流装置主要设置在气球下方与缆绳相接的部分。
传统设计理念中，该部分主要采用刚性连接方式，实际应用过程中无法进行横向或纵向偏转，进而导致系留气球在高空飞行过程中一旦受到自然风的影响，缆绳与气球相接的部分极易出现应力集中的情况，进而导致缆绳弯曲或磨损程度较大，大幅降低缆绳强度威胁气球飞行安全性，此外，一旦因缆绳断裂导致气球逃逸也会造成不可估量的灾难性后果。
因此，在对系留气球拉索汇流装置进行设置过程中应注意充分满足以下两点要求：第一，汇流装置在实际应用过程中应将缆绳所受集中荷载传导至气球上；第二，汇流装置在实际应用过程中应具备化解气球在高空作业过程中俯仰以及偏转情况时所产生的弯曲应力[1]。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
经验交流新型系留气球缆绳收放系统设计郭绪猛, 苏?润( 中国电子科技集团公司第38 研究所, 安徽合肥230031)Design of a Novel Cable Launch and Recovery System of Tethered AerostatGUO Xu- meng, SU Run(No. 38 Research Institute of China Electronic Technology Group Cortporation, Hefei 230031, China)??摘要: 在介绍系留气球缆绳收放系统功能的基础上, 对缆绳收放系统的主牵引系统和张力检测与排线系统进行了设计. 系统采用RS485 总线实现上位机、PLC、变频器及步进电机控制器之间的通信,简化了系统结构, 提高了系统可靠性. 试验结果表明, 所设计的系统运行平稳、性能良好, 完全满足设计要求.关键词: 系留气球; 缆绳; 收放系统; 排线系统;可编程控制器中图分类号: T M921文献标识码: B文章编号: 1001- 2257( 2009) 08- 0071- 02收稿日期: 2009- 03- 11Abstract: On the basic of introducing functionof cable launch and recovery system of tetheredaerostat, this paper designs main tow system andtension measure and cable align system of the sys?tem. The system connects host, PLC, inverter, stepmotor controller with RS485, which simplifies thesystem structure and enhances the system reliabili?ty. The experimentative results indicate the systemperformance is well and fully meet design demand.Key words: tethered aerostat; cable; launch andrecovery system; cable align system; PLC0 ? 引言系留气球作为信息平台, 具有使用成本低、滞空时间长和隐身性能好等特点, 近年来已成为各国研究热点. 在系留气球系统中, 缆绳收放系统的性能不仅直接影响整个系统的安全性和可靠性, 而且影响缆绳的使用寿命和光电信号的传输性能. 针对缆绳收放的特点, 采用PLC、变频器、变频电机、张力传感器和步进电机等完成了缆绳收放系统的设计.1 ? 缆绳收放系统缆绳收放系统完成系留气球的放飞与回收, 是系留气球系统重要组成部分. 缆绳收放系统由主牵引系统、收排线系统和张力检测系统组成. 主牵引系统在系留气球放飞和回收过程中提供力矩, 使系留气球安全、平稳运行; 收排线系统负责缆绳在线缆盘上有序排列, 避免缆绳堆积、错层; 张力检测系统负责检测缆绳张力, 并据张力来调节缆盘电机转速, 使缆绳张力很好地跟随缆绳设定张力. 缆绳收放系统如图1 所示.图1? 缆绳收放系统2 ? 子系统设计2. 1? 主牵引系统主牵引系统为整个任务负载提供牵引动力, 负责任务负载的放飞与回收. 主牵引系统如图2所示.由图2 可以看出, 主牵引电机和鼓式制动器由变频器提供控制, 当计算机给变频器启动信号时, 变频器启动, 并输出电压信号以启动主牵引电机, 此时制动器并没有开启, 主牵引电机处于堵转状态, 当电机转矩增加到可以平衡负载时, 变频器给鼓式制动器开启信号. 鼓式制动器的开启信号由变频器的频率检出功能给出, 检出频率根据负载转矩确定. 当主牵引?71?? 机械与电子?2009( 8)电机处于再生状态时, 利用制动电阻或制动单元消耗主牵引电机的再生量, 避免再生高压损坏变频器[ 1- 2].图2? 主牵引系统2. 2? 张力检测与排线系统系统中的牵引缆绳是一种特种光电缆绳, 不仅牵引任务负载, 而且负责任务负载的供电以及任务负载与控制中心之间的数据传输. 因此, 在缆绳收放过程中, 一定要控制好缆绳的张力和缆绳在缆盘上的排放, 缆绳的张力不可过大, 更不可出现缆绳在缆盘上堆积挤压情况. 这是因为大的张力和堆积挤压情况都会影响缆绳的数据传输性能和使用寿命. 设计的张力检测与收排线系统如图3 所示.图3? 张力检测与排线系统其中光码盘为增量式光码盘, 用于线缆盘速度的检测.2. 2. 1?张力控制变频器、缆盘电机、减速器、张力检测单元、PLC 及鼓式制动器组成了张力控制单元. 张力检测单元和张力给定均为0~ 10 V 的模拟信号, 与PLC 模拟模块相连. 当缆绳张力小于设定张力, 放缆时, PLC根据PID 控制算法减小变频器的输出频率使缆盘转速变慢, 从而增加缆绳张力; 收缆时PLC 根据PID 控制算法增加变频器输出频率使缆盘转速变快, 以增加缆绳张力. 要减小缆绳张力与上述相反.和主牵引系统一样, 鼓式制动器也由变频器的多功能输出口控制, 由变频器的频率检出功能实现.2. 2. 2? 排线控制控制器、步进电机、减速器、PLC、光码盘及丝杆组成了缆绳排线控制系统.要想实现高精度、可靠的排线, 就必须准确控制缆绳的摆动量. 理论上, 缆盘每转动一周, 缆绳就要摆动一个线径, 也就是排线滑块要在丝杆上运动一个线径距离. 设?n缆为缆盘运行周数;?n步为步进电机运行周数;N 减为排线减速器减速比;D 为缆绳线径; S 为丝杆螺距, 则?n步= ?n缆N减D/ S(1)设?N步为步进电机控制脉冲数;N步为步进电机每转一周步数,步进电机控制脉冲数为:?N 步= ?n步N 步(2)缆盘光码盘每一周输出脉冲数为N 缆,则缆盘光码盘每输出一个脉冲, 缆盘就转过1/ N 码周,步进电机的控制脉冲数即为:?N 步= ?n步N 步= N步?n缆N 减D/ S= N步(1/ N码)N减D/S= N 步N 减D/ (SN 码)(3)当移动到缆盘边界时, 排线滑块触动行程开关,步进电机换向.3 ?软件设计3. 1?通信软件设计系统通过RS485 总线把上位机、PLC、主牵引电机变频器、缆盘电机变频器和步进电机控制器连接起来, 实现缆绳收放系统的监控. PLC 配置成自由口串行通信模式. 由于选用的西门子变频器、步进电机控制器通信协议为MEMOBUS 协议, 为方便起见, 系统中各设备间的通信协议都采用MEMO? BUS 通信协议, 上位机、PLC、主牵引电机变频器、缆盘电机变频器和步进电机控制器的地址分别为00H, 01H, 02H, 03H, 04H, MEMOBUS 协议的通信格式如图4 所示[ 3].?72?? 机械与电子?2009( 8)图4? MEMOBUS 协议通信格式上位机每100 ms 向PLC 发一次控制指令,PLC 接收到上位机的指令后, 向变频器及步进电机控制器发送控制指令, 并向上位机反馈变频器及步进电机控制器的状态信息. 上位机的监控界面采用VC6. 0 编写, VC6. 0 自带的MsComm 控件[ 4]简化了程序代码量, 缩短了开发周期.3. 2? PLC控制软件设计缆绳收放系统中PLC 完成主牵引电机变频器、缆盘电机变频器、步进电机控制器的控制以及读取各个器件的运行参数, PLC 还采样缆绳张力给定、缆绳张力检测和缆盘转速等. 整个控制软件流程如图5 所示.图5? PLC 程序流程4 ?结束语系留气球缆绳收放系统采用了RS485 总线通信方式, 简化了系统连线; 通过变频器控制制动器避免了启动时的反冲与急停中的过冲; 通过步进电机控制排线提高了排线精度; 缆绳张力的闭环控制提高了缆绳张力的控制精度, 延长了缆绳使用寿命. 试验结果表明, 所设计的缆绳收放系统完全满足设计指标要求, 安全性和可靠性很高.参考文献:[1] ? 陈伯时, 陈敏逊. 交流调速系统[M ]. 北京: 机械工业出版社, 2005.[2] ? 朱耀忠, 刘景林, 等. 电机与电力拖动[ M] . 北京: 北京航空航天大学出版社, 2005.[3] ? 李? 辉, 等. S7- 200PLC 编程原理与工程实训[ M] . 北京: 北京航空航天大学出版社, 2008.[4] ? 龚建伟, 熊光明. VISUAL C+ + _TURBO C 串通信编程实践[ M] . 北京: 电子工业出版社, 2007.作者简介: 郭绪猛? ( 1981- ) , 男, 安徽灵璧人, 硕士, 助理工程师, 研究方向为电力电子与电气传动.自动颗粒计数法在航空燃油附件中的应用周晓红, 张正原( 南京航空航天大学机电学院, 江苏南京210016)Application of Automatic Particle Counting Method in Aeroengine Fuel PumpZHOU Xiao- hong, ZHANG Zheng- yuan(College of Mechanical and Electrical Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,Nanjing 210016, China)? ? 摘要: 介绍了航空燃油附件的特点和其对污染度控制的要求, 分析比较了几种污染度检测方法. 着重研究了污染度检测方法中的自动颗粒计数法, 提出了一种精确、高效的航空燃油附件污染度控制方法, 确定了应用实施的步骤. 采用该方法应用于航空燃油附件污染度检测后, 有效地保证了航空燃油附件的可靠性, 减少了故障和返修.收稿日期: 2009- 03- 05关键词: 燃油附件; 污染度检测; 自动颗粒技术中图分类号: V233文献标识码: B文章编号: 1001- 2257( 2009) 08- 0073- 03 Abstract:T he paper introduces the characteris?tic of aeroengine fuel pump and the requirement for contamination control, and compares the methodsfor checking contamination. The paper researchs automatic particle counting method about checking contamination , and brings out a kind of precise and ?73?? 机械与电子?2009( 8)。