一種自平衡探空氣球及其充氣方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種自平衡探空氣球及其充氣方法，包括氣囊、基座、限壓機構(gòu)、泄壓組件和導向組件，限壓機構(gòu)通過基座安裝在氣囊上；限壓機構(gòu)包括泄壓外殼和泄壓活塞，泄壓外殼的封閉端與氣囊內(nèi)部空間連通；泄壓外殼的開口端上設置有環(huán)形凸起，泄壓活塞通過舒張彈簧與環(huán)形凸起連接；在泄壓外殼軸中部壁面上設置有若干通孔B，在排壓空腔上設置有若干排壓孔；泄壓活塞與連接爪轉(zhuǎn)動連接，在排壓空腔的底部設置有一個排氣嘴，排氣嘴包括排氣活塞桿，排氣活塞桿通過萬向軸與固定座活動連接；所述導向組件包括錐形的導向頭和穩(wěn)定環(huán)，所述連接爪與穩(wěn)定環(huán)轉(zhuǎn)動連接，所述導向頭固定在穩(wěn)定環(huán)上，所述導向頭背向氣囊的一側(cè)設置有若干與連接爪數(shù)量對應的導向風板。
【專利說明】一種自平衡探空氣球及其充氣方法

【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種自平衡探空氣球及其充氣方法，屬于氣象設備領域。

【背景技術(shù)】
[0002]高空氣象探測是通過探空氣球攜帶的探空儀進行高空氣象數(shù)據(jù)采集，探空氣球通過采用氫氣或者氦氣作為填充氣體；
中國除香港一個氣象臺站外(進口芬蘭vaisala公司AUT0S0NDE系統(tǒng))，所有的高空氣象探測側(cè)臺站，探空氣球的充氣，均為手工操作。世界上也只有歐美等少數(shù)幾個發(fā)達國家配備了無人高空氣象探測站。到目前為止，能研制出大氣探測自動充、放氣球裝置的國家只有芬蘭。要實現(xiàn)無人高空氣象探測，首先要解決的不僅是探空氣球自動充氣，同時還有探空氣球的自動恒壓排氣；
探空氣球是人類研究平流層的重要工具，在氣象學發(fā)展和天氣預報工作中起到了重要作用；探空氣球一般攜帶各類無線電探空儀或其他電子設備升空，在做到探空氣球自動充氣的同時，也要做到探空氣球的自動排氣限高和限速；
因為在大氣環(huán)境中，特別是高空，其氣壓大小和氣流是及其不穩(wěn)定的，探空氣球內(nèi)的氣體壓力也比較高，加上探空氣球本身充氣后，氣囊壁面會比較薄，如果氣球在一直上升過程中，不對氣球內(nèi)氣壓進行調(diào)整的話，很容易因為氣壓變化過大而發(fā)生破裂，導致探空儀等貴重電子設備的損壞，甚至會發(fā)生無法回收的情況，同時探空氣球在釋放到空中后，如果通過調(diào)整氣壓對探空氣球的浮力進行調(diào)整，會發(fā)生探空氣球一直上升的情況，如果不加以控制，很難保證氣球位于最佳的觀測高度，同時如果氣球一直上升，最后不僅會導致探空氣球的破裂，同時因為高空氣流速度較快，也很容易發(fā)生探空氣球的丟失；
為了防止上述情況的發(fā)生，一般會在探空氣球內(nèi)安裝一個與電子高度計聯(lián)動的泄壓閥，對氣球的壓力進行控制；
ZL201220732719.0中提到了一種可回收的探空氣球，其回收防止主要是通過細繩控制其活動范圍，雖然通過細繩可以良好的限制探空氣球的高度，但也極大的限制了探空氣球的活動空間，而且細繩本身比較容易發(fā)生斷裂或者纏繞，很容易發(fā)生探空氣球以及相關電子設備的丟失；
ZL200920044465.1中提出了一套探空氣球自動回收、自動充氣、自動放空的裝置，雖然其相比于先前專利文獻中的探空氣球取消了細繩這個部件，放大了探空氣球的活動空間，同時通過一些氣球的氣壓和導向驅(qū)動設備和傳感器的配合提高了對探空氣球的控制能力，但是電子設備本身質(zhì)量比較大，會給探空氣球的負載能力帶來一定的考驗，同時高空的氣溫比較低，很難保證這些傳感器能否正常工作，一旦傳感器發(fā)生失靈，還是會導致探空氣球的失控、丟失或丟失，給觀測站帶來一定的維護負擔。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)中缺少結(jié)構(gòu)簡單的探空氣球氣壓控制機構(gòu)的技術(shù)問題，提供一種采用簡單機械結(jié)構(gòu)控制探空氣球氣壓值的新型探空氣球。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
一種自平衡探空氣球，包括氣囊、基座、限壓機構(gòu)、泄壓組件和導向組件，所述限壓機構(gòu)通過基座安裝在氣囊上；
所述基座包括氣囊安裝座和設置在氣囊下面的排壓空腔，所述氣囊固定在氣囊安裝座的上端；
所述限壓機構(gòu)包括若干相對氣囊軸線環(huán)形陣列設置的泄壓組件，所述泄壓組件包括泄壓外殼和泄壓活塞，所述泄壓外殼一端開口一端封閉，所述泄壓外殼的封閉端固定在氣囊安裝座的下端，所述泄壓外殼的封閉端上設置有用于與氣囊內(nèi)部空間連通的通孔A ;
所述泄壓外殼的開口端上設置有環(huán)形凸起，所述泄壓活塞邊緣與泄壓外殼內(nèi)壁密閉連接，所述泄壓活塞通過舒張彈簧與環(huán)形凸起連接；
在所述泄壓外殼軸線方向的中部壁面上設置有若干通孔B，所述泄壓外殼內(nèi)部通過通孔B與排壓空腔連通，在所述排壓空腔上設置有若干排壓孔；
所述泄壓組件包括泄壓閥和連接架，所述泄壓活塞背向泄壓外殼的封閉端一側(cè)面上垂直設置有撥桿，所述連接架包括若干與泄壓組件數(shù)量對應的連接爪，所述撥桿與連接爪轉(zhuǎn)動連接，所述連接爪通過一個固定座固定在一起；
在所述排壓空腔的底部設置有一個排氣嘴，所述排氣嘴包括排氣活塞組件，所述排氣活塞組件包括排氣活塞外殼和排氣活塞桿，所述排氣活塞外殼的封閉端與拍壓空腔連通，在所述排氣活塞外殼的側(cè)壁相對軸向中部位置環(huán)形陣列設置有若干排氣孔，所述排氣活塞桿與排氣活塞外殼的封閉端之間設置有收縮彈簧，所述排氣活塞桿通過萬向軸與固定座活動連接；
所述導向組件包括錐形的導向頭和穩(wěn)定環(huán)，所述穩(wěn)定環(huán)內(nèi)設置有一個環(huán)形空腔，所述環(huán)形空腔內(nèi)灌注有液體，所述連接爪與撥桿轉(zhuǎn)動連接的一端朝向氣囊方向延伸與穩(wěn)定環(huán)轉(zhuǎn)動連接，所述穩(wěn)定環(huán)所在平面與氣囊安裝座所在平面共面；
所述導向頭固定在穩(wěn)定環(huán)上，所述導向頭一朝向氣囊的一側(cè)設置有一個半球形的氣囊容納空腔，所述導向頭背向氣囊的一側(cè)設置有若干與連接爪數(shù)量對應的導向風板，所述導向風板以導向頭的中心軸線為圓心，環(huán)形陣列展開，所述導向風板所在平面與氣囊安裝座所在平面垂直。
[0005]作為本發(fā)明的進一步創(chuàng)新，所述氣囊和排壓空腔均為半球形，所述氣囊的圓形底面貼合在氣囊安裝座上，所述泄壓外殼的封閉端位于排壓空腔的圓形底面上。
[0006]作為本發(fā)明的進一步創(chuàng)新，所述氣囊安裝座與排壓空腔的頂部壁面為一體結(jié)構(gòu)。
[0007]作為本發(fā)明的進一步創(chuàng)新，所述連接爪為薄片狀，所述連接爪的主平面與氣囊安裝座所在平面垂直。
[0008]作為本發(fā)明的進一步創(chuàng)新，所述氣囊的外壁上設置有一個直徑大于氣囊直徑的防護網(wǎng)，所述防護網(wǎng)的圓形邊緣固定在氣囊安裝座上。
[0009]一種自平衡探空氣球及其充氣方法充氣方法，
A.通過拉動撥桿，使得泄壓活塞朝向泄壓外殼的開口端移動直到排壓空腔通過泄壓外殼的內(nèi)部空腔與氣囊連通；
B.通過相關夾具將撥桿固定，并且拆下萬向軸，將排氣活塞桿拔出； C.在泄壓活塞拉升至極限位置時，將充氣設備的出氣頭插入到排氣活塞外殼內(nèi)；
D.在氣壓達到浮空的需求值時，松開撥桿，使得泄壓活塞在舒張彈簧的驅(qū)動下回位；
E.將排氣活塞外殼從充氣設備上移除；
F.將排氣活塞桿裝回排氣活塞外殼內(nèi)，重新安裝萬向軸。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:
1、本發(fā)明通過一個簡易的機械結(jié)構(gòu)實現(xiàn)探空氣球的自動排壓，有效防止氣球內(nèi)壁氣壓過大導致氣球的破裂。
[0011]2、本發(fā)明的自動導向機構(gòu)上的穩(wěn)定環(huán)因為其自身慣性可以增加氣球上升時的穩(wěn)定性，減少氣球的擺動，同時導向機構(gòu)上部的導向頭可以對氣球上升的方向進行動態(tài)的修正，可以有效防止橫風和氣流不穩(wěn)定導致的氣球不穩(wěn)定。
[0012]3、本發(fā)明通過探空氣球的自動排壓來動態(tài)的減少探空氣球的上升力，提高探空氣球和相關外掛電子設備的安全性。
[0013]4、本發(fā)明可以防止氣囊氣體膨脹不平衡時，排氣的不規(guī)則性給探空氣球飛信帶來的不穩(wěn)定影響，無論氣囊氣體以什么速度和方式排出，本設備通過連接架的聯(lián)動進行動態(tài)的修正。
[0014]5、本發(fā)明的氣囊和排壓空腔均為半球形，使得整體結(jié)構(gòu)為球形，不僅使得整體更加美觀，同時球形體也可以降低風阻，提高穩(wěn)定性。
[0015]6、本發(fā)明的連接架可以一定程度上充當導流翼使用，在氣囊內(nèi)部分位置氣體缺失導致的浮力不平衡時，導流翼可以對其進行干涉，對氣球的運動軸線進行校正。
[0016]7、本發(fā)明的防護網(wǎng)不僅可以防止氣囊過度膨脹發(fā)生破裂，同時也可以對氣囊起到一定的保護作用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0018]圖1是本發(fā)明的剖面示意圖。
[0019]圖2是導向頭的示意圖。
[0020]圖中包括:氣囊1、排壓空腔2、泄壓活塞3、撥桿4、環(huán)形凸起5、舒張彈簧6、氣囊安裝座7、通孔A8、通孔B9、排壓孔10、排氣嘴11、連接爪12、萬向軸13、防護網(wǎng)14、穩(wěn)定環(huán)15、導向頭16。

【具體實施方式】
[0021]現(xiàn)在結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關的構(gòu)成。
[0022]一種自平衡探空氣球，包括氣囊1、基座、限壓機構(gòu)和泄壓組件，所述基座包括氣囊安裝座7和設置在氣囊下面的排壓空腔2，所述氣囊I固定在氣囊安裝座7的上端；
所述限壓機構(gòu)通過基座安裝在氣囊I上；
所述限壓機構(gòu)包括若干相對氣囊I軸線環(huán)形陣列設置的泄壓組件，所述泄壓組件包括泄壓外殼和泄壓活塞3，所述泄壓外殼一端開口一端封閉，所述泄壓外殼的封閉端固定在氣囊安裝座7的下端，所述泄壓外殼的封閉端上設置有用于與氣囊I內(nèi)部空間連通的通孔
A8 ；
所述泄壓外殼的開口端上設置有環(huán)形凸起5，所述泄壓活塞3邊緣與泄壓外殼內(nèi)壁密閉連接，所述泄壓活塞3通過舒張彈簧6與環(huán)形凸起5連接；
在所述泄壓外殼軸線方向的中部壁面上設置有若干通孔B9，所述泄壓外殼內(nèi)部通過通孔B9與排壓空腔2連通，在所述排壓空腔2上設置有若干排壓孔10 ；
所述泄壓組件包括泄壓閥和連接架，所述泄壓活塞3背向泄壓外殼的封閉端一側(cè)面上垂直設置有撥桿4，所述連接架包括若干與泄壓組件數(shù)量對應的連接爪12，所述撥桿4與連接爪12轉(zhuǎn)動連接，所述連接爪12通過一個固定座固定在一起；
在所述排壓空腔2的底部設置有一個排氣嘴11，所述排氣嘴11包括排氣活塞組件，所述排氣活塞組件包括排氣活塞外殼和排氣活塞桿，所述排氣活塞外殼的封閉端與拍壓空腔連通，在所述排氣活塞外殼的側(cè)壁相對軸向中部位置環(huán)形陣列設置有若干排氣孔，所述排氣活塞桿與排氣活塞外殼的封閉端之間設置有收縮彈簧，所述排氣活塞桿通過萬向軸13與固定座活動連接；
所述導向組件包括錐形的導向頭16和穩(wěn)定環(huán)15，所述穩(wěn)定環(huán)15內(nèi)設置有一個環(huán)形空腔，所述環(huán)形空腔內(nèi)灌注有液體，所述連接爪12與撥桿轉(zhuǎn)動連接的一端朝向氣囊方向延伸與穩(wěn)定環(huán)轉(zhuǎn)動連接，所述穩(wěn)定環(huán)15所在平面與氣囊安裝座所在平面共面；
如圖2所示，所述導向頭固定在穩(wěn)定環(huán)上，所述導向頭一朝向氣囊的一側(cè)設置有一個半球形的氣囊容納空腔，所述導向頭背向氣囊的一側(cè)設置有若干與連接爪數(shù)量對應的導向風板，所述導向風板以導向頭的中心軸線為圓心，環(huán)形陣列展開，所述導向風板所在平面與氣囊安裝座所在平面垂直；
所述氣囊I和排壓空腔2均為半球形，所述氣囊I的圓形底面貼合在氣囊安裝座7上，所述泄壓外殼的封閉端位于排壓空腔2的圓形底面上；
所述氣囊安裝座7與排壓空腔2的頂部壁面為一體結(jié)構(gòu)；
所述連接爪12為薄片狀，所述連接爪12的主平面與氣囊安裝座7所在平面垂直；
所述氣囊I的外壁上設置有一個直徑大于氣囊I直徑的防護網(wǎng)14，所述防護網(wǎng)14的圓形邊緣固定在氣囊安裝座7上；
(一)本產(chǎn)品的充氣方法:
1.首先通過拉動撥桿4，使得泄壓活塞3朝向泄壓外殼的開口端移動直到排壓空腔2通過泄壓外殼的內(nèi)部空腔與氣囊I連通；
2.通過相關夾具將撥桿4固定，并且拆下萬向軸13，將排氣活塞桿拔出；
3.在泄壓活塞3拉升至極限位置時，將充氣設備的出氣頭插入到排氣活塞外殼內(nèi)；
4.在氣壓達到浮空的需求值時，松開撥桿4，使得泄壓活塞3在舒張彈簧6的驅(qū)動下回位；
5.將排氣活塞外殼從充氣設備上移除；
6.將排氣活塞桿裝回排氣活塞外殼內(nèi)，重新安裝萬向軸13。
[0023](二)本產(chǎn)品的工作原理:
當探空氣球一直上升時，因為高空空氣比較稀薄，氣囊I外部的氣壓會遠小于氣囊I內(nèi)部的氣壓，氣囊I內(nèi)的氣體會發(fā)生膨脹，并且產(chǎn)生朝向氣囊I外部排氣的趨勢；
此時氣囊I內(nèi)膨脹的氣體會驅(qū)動泄壓活塞3克服膨脹彈簧的彈性，朝向泄壓外殼的開口端發(fā)生移動一直到活塞移動到通孔B9的位置，此時通過通孔B9，氣囊I與排壓空腔2的氣體路徑被連通，同時在泄壓活塞3的帶動下，撥桿4推動連接爪12，拉動排氣活塞對排壓空腔2內(nèi)的氣體進行釋放，防止排壓空腔2內(nèi)的氣體直接釋放到外界給探空氣球的穩(wěn)定性帶來影響，同時隨著連接爪12的擺動，連接爪12擺動的同時，可以同時帶動穩(wěn)定環(huán)15內(nèi)的液體發(fā)生運動，從而動態(tài)的修正探空氣球的重心，但同時因為穩(wěn)定環(huán)15因為本身具有一定環(huán)形，也可以對連接爪12的擺動量進行限制，從而提高氣壓排出時的穩(wěn)定性，導向頭可以對氣球上升的路線進行動態(tài)的修正，可以有效降低氣球因為排氣的不穩(wěn)定和橫風所導致的航線偏移距離；氣囊I內(nèi)的高壓氣體經(jīng)過排壓空腔2緩慢的朝向外界空間進行釋放，直到氣囊I內(nèi)的壓力達到正常值，此時彈簧力大于氣囊I內(nèi)氣體的膨脹力，泄壓活塞3回位，封閉氣囊I與排壓空腔2的氣體路徑。
[0024]以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關工作人員完全可以在不偏離本項發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進行多樣的變更以及修改。本項發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種自平衡探空氣球，其特征是:包括氣囊、基座、限壓機構(gòu)、泄壓組件和導向組件，所述限壓機構(gòu)通過基座安裝在氣囊上； 所述基座包括氣囊安裝座和設置在氣囊下面的排壓空腔，所述氣囊固定在氣囊安裝座的上端； 所述限壓機構(gòu)包括若干相對氣囊軸線環(huán)形陣列設置的泄壓組件，所述泄壓組件包括泄壓外殼和泄壓活塞，所述泄壓外殼一端開口一端封閉，所述泄壓外殼的封閉端固定在氣囊安裝座的下端，所述泄壓外殼的封閉端上設置有用于與氣囊內(nèi)部空間連通的通孔A ; 所述泄壓外殼的開口端上設置有環(huán)形凸起，所述泄壓活塞邊緣與泄壓外殼內(nèi)壁密閉連接，所述泄壓活塞通過舒張彈簧與環(huán)形凸起連接； 在所述泄壓外殼軸線方向的中部壁面上設置有若干通孔B，所述泄壓外殼內(nèi)部通過通孔B與排壓空腔連通，在所述排壓空腔上設置有若干排壓孔； 所述泄壓組件包括泄壓閥和連接架，所述泄壓活塞背向泄壓外殼的封閉端一側(cè)面上垂直設置有撥桿，所述連接架包括若干與泄壓組件數(shù)量對應的連接爪，所述撥桿與連接爪轉(zhuǎn)動連接，所述連接爪通過一個固定座固定在一起； 在所述排壓空腔的底部設置有一個排氣嘴，所述排氣嘴包括排氣活塞組件，所述排氣活塞組件包括排氣活塞外殼和排氣活塞桿，所述排氣活塞外殼的封閉端與拍壓空腔連通，在所述排氣活塞外殼的側(cè)壁相對軸向中部位置環(huán)形陣列設置有若干排氣孔，所述排氣活塞桿與排氣活塞外殼的封閉端之間設置有收縮彈簧，所述排氣活塞桿通過萬向軸與固定座活動連接； 所述導向組件包括錐形的導向頭和穩(wěn)定環(huán)，所述穩(wěn)定環(huán)內(nèi)設置有一個環(huán)形空腔，所述環(huán)形空腔內(nèi)灌注有液體，所述連接爪與撥桿轉(zhuǎn)動連接的一端朝向氣囊方向延伸與穩(wěn)定環(huán)轉(zhuǎn)動連接，所述穩(wěn)定環(huán)所在平面與氣囊安裝座所在平面共面； 所述導向頭固定在穩(wěn)定環(huán)上，所述導向頭朝向氣囊的一側(cè)設置有一個半球形的氣囊容納空腔，所述導向頭背向氣囊的一側(cè)設置有若干與連接爪數(shù)量對應的導向風板，所述導向風板以導向頭的中心軸線為圓心，環(huán)形陣列展開，所述導向風板所在平面與氣囊安裝座所在平面垂直。
2.如權(quán)利要求1所述的一種自平衡探空氣球，其特征是:所述氣囊和排壓空腔均為半球形，所述氣囊的圓形底面貼合在氣囊安裝座上，所述泄壓外殼的封閉端位于排壓空腔的圓形底面上。
3.如權(quán)利要求2所述的一種自平衡探空氣球，其特征是:所述氣囊安裝座與排壓空腔的頂部壁面為一體結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求2所述的一種自平衡探空氣球，其特征是:所述連接爪為薄片狀，所述連接爪的主平面與氣囊安裝座所在平面垂直。
5.如權(quán)利要求2所述的一種自平衡探空氣球，其特征是:所述氣囊的外壁上設置有一個直徑大于氣囊直徑的防護網(wǎng)，所述防護網(wǎng)的圓形邊緣固定在氣囊安裝座上。
6.一種如權(quán)利要求1所述的定向排氣式恒壓探空氣球充氣方法: 通過拉動撥桿，使得泄壓活塞朝向泄壓外殼的開口端移動直到排壓空腔通過泄壓外殼的內(nèi)部空腔與氣囊連通； 通過相關夾具將撥桿固定，并且拆下萬向軸，將排氣活塞桿拔出；在泄壓活塞拉升至極限位置時，將充氣設備的出氣頭插入到排氣活塞外殼內(nèi)；在氣壓達到浮空的需求值時，松開撥桿，使得泄壓活塞在舒張彈簧的驅(qū)動下回位；將排氣活塞外殼從充氣設備上移除；將排氣活塞桿裝回排氣活塞外殼內(nèi)，重新安裝萬向軸。
【文檔編號】G01W1/08GK104407402SQ201410644681
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月14日
【發(fā)明者】禹勝林 申請人:無錫信大氣象傳感網(wǎng)科技有限公司