系留氣球拉力監(jiān)測的設(shè)計方法與應(yīng)用研究

李紅泉　魏曉恒

摘 要： 系留氣球以其顯著優(yōu)勢被應(yīng)用到許多領(lǐng)域。普遍依靠各類傳感器采集的信息，得到系留氣球在空中的工作狀態(tài)，眾多信息中，纜繩拉力是關(guān)系到使用安全性最重要的一項。根據(jù)受力分析，介紹了拉力采集的工作原理，設(shè)計了拉力監(jiān)測流程并選取拉力變送器，通過實際應(yīng)用驗證了設(shè)計方法的合理性。

關(guān)鍵詞： 系留氣球； 受力分析； 拉力檢測流程； 設(shè)計方法驗證

中圖分類號： TN06?34； V273 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）17?0094?03

Abstract： Tethered balloon is applied to many fields with its remarkable advantages. The working state of the tethered balloon in the air is known usually depends on all kinds of sensors to collect information. As for use security of tethered balloon， the cable tension is most important in lots of information. The principle of the tension collection is introduced according to the force analysis. The tension monitoring process was designed and a tension transducer was selected. The rationality of the design method was verified in practical applications.

Keywords： tethered balloon； force analysis； tension monitoring process； verification of design method

0 引 言

系留氣球是一種約束型浮空器，它不需要動力，完全依靠自身浮力升空，浮力來源于內(nèi)部充裝的浮升氣體。球體和地面之間用系留纜繩相連，地面纏繞裝置拉動系留纜繩使之降落，拉力、風(fēng)阻力和凈浮力共同平衡空中力系，氣動外形保持俯仰和滾轉(zhuǎn)穩(wěn)定，氣體張力維持形狀不變。依靠各類傳感器采集空中信息，包括囊體壓力、周圍風(fēng)向風(fēng)速、溫濕度、設(shè)備工作狀態(tài)、纜繩拉力等參數(shù)，這些參數(shù)通過纜繩或無線設(shè)備傳送至地面顯示，成為技術(shù)人員判斷的依據(jù)。目前，纜繩多為光電復(fù)合型，不僅擔當承接拉力部件，更是參數(shù)傳輸?shù)墓饫w通道和球上用電的電力通道，應(yīng)急情況下，球上UPS也可以維持系統(tǒng)短暫工作。

系留氣球具有載重能力強、留空時間長、使用成本低、操作維護簡單等優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于民事和軍事領(lǐng)域，擔負觀光、測量、實驗和情報搜集、空中預(yù)警、信息中繼、電子對抗等任務(wù)[1]。現(xiàn)在，許多國家在積極開展浮空器的使用研究，其中美國技術(shù)最先進，不僅成功將RAID系統(tǒng)用在阿富汗軍事行動[2]，還把系留氣球的預(yù)警納入今后國防規(guī)劃中[3]。

我國也于近幾年開始發(fā)展該領(lǐng)域的技術(shù)應(yīng)用，本文研究的內(nèi)容就是對海通信系留氣球項目的一部分。由于沿海氣象環(huán)境復(fù)雜，條件嚴酷[4]，特別是海陸交界處的切變氣流對使用影響最大，它不僅會造成俯仰和滾轉(zhuǎn)角度劇烈變化，甚至?xí)瓟嘞盗衾|繩，使氣球在空中逃逸[5]。所以，從安全角度來講，拉力監(jiān)測是非常重要的環(huán)節(jié)，人們不斷探索提高拉力測量準確度的研究[6]。

4 結(jié) 語

設(shè)備或軟件的可靠性問題，在拉力測量過程中經(jīng)常出現(xiàn)誤警或虛警，大家采取了一些措施來剔除錯誤信息，這種措施以復(fù)雜軟件或硬件實現(xiàn)，某種程度上增加了其他方面工作量。

總結(jié)多年的使用經(jīng)驗，重新設(shè)計改進了拉力采集顯示方法，注重器件的耐用可靠，通過降低采樣率的均值輸出，減少了軟件的復(fù)雜度。另外，將拉力等眾多參數(shù)通過無線網(wǎng)橋傳送至地面顯示，可實現(xiàn)多點監(jiān)控，減輕值守人員工作壓力。

參考文獻

[1] [英]庫利 G A，吉勒特J D.飛艇技術(shù)[M].王生，譯.北京：科學(xué)出版社，2007.

[2] 許盛海.浮空器信息化武器裝備綜述[J].浮空器研究，2007（2）：1?10.

[3] 殷銘燕.2005—2030年美國無人機系統(tǒng)發(fā)展路線圖[M].北京：海軍裝備部航空裝備科研訂貨部/海軍裝備研究院科技信息研究所，2006.

[4] 王繼光，趙中軍，王玉國，等.海上靶場試驗水文氣象保障[M].北京：國防工業(yè)出版社，2007.

[5] 李紅泉.某型系留氣球空中逃逸仿真分析[J].航空計算技術(shù)，2012（6）：103?106.

[6] 段玲琳，王志紅.一種提高系留氣球拉力傳感器測量準確度的方法[J].浮空器研究，2011（3）：1?3.

[7] 國防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會.GJB366.2?87大氣風(fēng)場[S].北京：國防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會，1988.

[8] 袁紅艷，劉宗強.系留氣球升空/回收仿真訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，36（20）：41?44.

摘 要： 系留氣球以其顯著優(yōu)勢被應(yīng)用到許多領(lǐng)域。普遍依靠各類傳感器采集的信息，得到系留氣球在空中的工作狀態(tài)，眾多信息中，纜繩拉力是關(guān)系到使用安全性最重要的一項。根據(jù)受力分析，介紹了拉力采集的工作原理，設(shè)計了拉力監(jiān)測流程并選取拉力變送器，通過實際應(yīng)用驗證了設(shè)計方法的合理性。

關(guān)鍵詞： 系留氣球； 受力分析； 拉力檢測流程； 設(shè)計方法驗證

中圖分類號： TN06?34； V273 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）17?0094?03

Abstract： Tethered balloon is applied to many fields with its remarkable advantages. The working state of the tethered balloon in the air is known usually depends on all kinds of sensors to collect information. As for use security of tethered balloon， the cable tension is most important in lots of information. The principle of the tension collection is introduced according to the force analysis. The tension monitoring process was designed and a tension transducer was selected. The rationality of the design method was verified in practical applications.

Keywords： tethered balloon； force analysis； tension monitoring process； verification of design method

0 引 言

系留氣球是一種約束型浮空器，它不需要動力，完全依靠自身浮力升空，浮力來源于內(nèi)部充裝的浮升氣體。球體和地面之間用系留纜繩相連，地面纏繞裝置拉動系留纜繩使之降落，拉力、風(fēng)阻力和凈浮力共同平衡空中力系，氣動外形保持俯仰和滾轉(zhuǎn)穩(wěn)定，氣體張力維持形狀不變。依靠各類傳感器采集空中信息，包括囊體壓力、周圍風(fēng)向風(fēng)速、溫濕度、設(shè)備工作狀態(tài)、纜繩拉力等參數(shù)，這些參數(shù)通過纜繩或無線設(shè)備傳送至地面顯示，成為技術(shù)人員判斷的依據(jù)。目前，纜繩多為光電復(fù)合型，不僅擔當承接拉力部件，更是參數(shù)傳輸?shù)墓饫w通道和球上用電的電力通道，應(yīng)急情況下，球上UPS也可以維持系統(tǒng)短暫工作。

系留氣球具有載重能力強、留空時間長、使用成本低、操作維護簡單等優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于民事和軍事領(lǐng)域，擔負觀光、測量、實驗和情報搜集、空中預(yù)警、信息中繼、電子對抗等任務(wù)[1]?，F(xiàn)在，許多國家在積極開展浮空器的使用研究，其中美國技術(shù)最先進，不僅成功將RAID系統(tǒng)用在阿富汗軍事行動[2]，還把系留氣球的預(yù)警納入今后國防規(guī)劃中[3]。

我國也于近幾年開始發(fā)展該領(lǐng)域的技術(shù)應(yīng)用，本文研究的內(nèi)容就是對海通信系留氣球項目的一部分。由于沿海氣象環(huán)境復(fù)雜，條件嚴酷[4]，特別是海陸交界處的切變氣流對使用影響最大，它不僅會造成俯仰和滾轉(zhuǎn)角度劇烈變化，甚至?xí)瓟嘞盗衾|繩，使氣球在空中逃逸[5]。所以，從安全角度來講，拉力監(jiān)測是非常重要的環(huán)節(jié)，人們不斷探索提高拉力測量準確度的研究[6]。

4 結(jié) 語

設(shè)備或軟件的可靠性問題，在拉力測量過程中經(jīng)常出現(xiàn)誤警或虛警，大家采取了一些措施來剔除錯誤信息，這種措施以復(fù)雜軟件或硬件實現(xiàn)，某種程度上增加了其他方面工作量。

總結(jié)多年的使用經(jīng)驗，重新設(shè)計改進了拉力采集顯示方法，注重器件的耐用可靠，通過降低采樣率的均值輸出，減少了軟件的復(fù)雜度。另外，將拉力等眾多參數(shù)通過無線網(wǎng)橋傳送至地面顯示，可實現(xiàn)多點監(jiān)控，減輕值守人員工作壓力。

參考文獻

[1] [英]庫利 G A，吉勒特J D.飛艇技術(shù)[M].王生，譯.北京：科學(xué)出版社，2007.

[2] 許盛海.浮空器信息化武器裝備綜述[J].浮空器研究，2007（2）：1?10.

[3] 殷銘燕.2005—2030年美國無人機系統(tǒng)發(fā)展路線圖[M].北京：海軍裝備部航空裝備科研訂貨部/海軍裝備研究院科技信息研究所，2006.

[4] 王繼光，趙中軍，王玉國，等.海上靶場試驗水文氣象保障[M].北京：國防工業(yè)出版社，2007.

[5] 李紅泉.某型系留氣球空中逃逸仿真分析[J].航空計算技術(shù)，2012（6）：103?106.

[6] 段玲琳，王志紅.一種提高系留氣球拉力傳感器測量準確度的方法[J].浮空器研究，2011（3）：1?3.

[7] 國防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會.GJB366.2?87大氣風(fēng)場[S].北京：國防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會，1988.

[8] 袁紅艷，劉宗強.系留氣球升空/回收仿真訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，36（20）：41?44.

摘 要： 系留氣球以其顯著優(yōu)勢被應(yīng)用到許多領(lǐng)域。普遍依靠各類傳感器采集的信息，得到系留氣球在空中的工作狀態(tài)，眾多信息中，纜繩拉力是關(guān)系到使用安全性最重要的一項。根據(jù)受力分析，介紹了拉力采集的工作原理，設(shè)計了拉力監(jiān)測流程并選取拉力變送器，通過實際應(yīng)用驗證了設(shè)計方法的合理性。

關(guān)鍵詞： 系留氣球； 受力分析； 拉力檢測流程； 設(shè)計方法驗證

中圖分類號： TN06?34； V273 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）17?0094?03

Abstract： Tethered balloon is applied to many fields with its remarkable advantages. The working state of the tethered balloon in the air is known usually depends on all kinds of sensors to collect information. As for use security of tethered balloon， the cable tension is most important in lots of information. The principle of the tension collection is introduced according to the force analysis. The tension monitoring process was designed and a tension transducer was selected. The rationality of the design method was verified in practical applications.

Keywords： tethered balloon； force analysis； tension monitoring process； verification of design method

0 引 言

系留氣球是一種約束型浮空器，它不需要動力，完全依靠自身浮力升空，浮力來源于內(nèi)部充裝的浮升氣體。球體和地面之間用系留纜繩相連，地面纏繞裝置拉動系留纜繩使之降落，拉力、風(fēng)阻力和凈浮力共同平衡空中力系，氣動外形保持俯仰和滾轉(zhuǎn)穩(wěn)定，氣體張力維持形狀不變。依靠各類傳感器采集空中信息，包括囊體壓力、周圍風(fēng)向風(fēng)速、溫濕度、設(shè)備工作狀態(tài)、纜繩拉力等參數(shù)，這些參數(shù)通過纜繩或無線設(shè)備傳送至地面顯示，成為技術(shù)人員判斷的依據(jù)。目前，纜繩多為光電復(fù)合型，不僅擔當承接拉力部件，更是參數(shù)傳輸?shù)墓饫w通道和球上用電的電力通道，應(yīng)急情況下，球上UPS也可以維持系統(tǒng)短暫工作。

系留氣球具有載重能力強、留空時間長、使用成本低、操作維護簡單等優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于民事和軍事領(lǐng)域，擔負觀光、測量、實驗和情報搜集、空中預(yù)警、信息中繼、電子對抗等任務(wù)[1]。現(xiàn)在，許多國家在積極開展浮空器的使用研究，其中美國技術(shù)最先進，不僅成功將RAID系統(tǒng)用在阿富汗軍事行動[2]，還把系留氣球的預(yù)警納入今后國防規(guī)劃中[3]。

我國也于近幾年開始發(fā)展該領(lǐng)域的技術(shù)應(yīng)用，本文研究的內(nèi)容就是對海通信系留氣球項目的一部分。由于沿海氣象環(huán)境復(fù)雜，條件嚴酷[4]，特別是海陸交界處的切變氣流對使用影響最大，它不僅會造成俯仰和滾轉(zhuǎn)角度劇烈變化，甚至?xí)瓟嘞盗衾|繩，使氣球在空中逃逸[5]。所以，從安全角度來講，拉力監(jiān)測是非常重要的環(huán)節(jié)，人們不斷探索提高拉力測量準確度的研究[6]。

4 結(jié) 語

設(shè)備或軟件的可靠性問題，在拉力測量過程中經(jīng)常出現(xiàn)誤警或虛警，大家采取了一些措施來剔除錯誤信息，這種措施以復(fù)雜軟件或硬件實現(xiàn)，某種程度上增加了其他方面工作量。

總結(jié)多年的使用經(jīng)驗，重新設(shè)計改進了拉力采集顯示方法，注重器件的耐用可靠，通過降低采樣率的均值輸出，減少了軟件的復(fù)雜度。另外，將拉力等眾多參數(shù)通過無線網(wǎng)橋傳送至地面顯示，可實現(xiàn)多點監(jiān)控，減輕值守人員工作壓力。

參考文獻

[1] [英]庫利 G A，吉勒特J D.飛艇技術(shù)[M].王生，譯.北京：科學(xué)出版社，2007.

[2] 許盛海.浮空器信息化武器裝備綜述[J].浮空器研究，2007（2）：1?10.

[3] 殷銘燕.2005—2030年美國無人機系統(tǒng)發(fā)展路線圖[M].北京：海軍裝備部航空裝備科研訂貨部/海軍裝備研究院科技信息研究所，2006.

[4] 王繼光，趙中軍，王玉國，等.海上靶場試驗水文氣象保障[M].北京：國防工業(yè)出版社，2007.

[5] 李紅泉.某型系留氣球空中逃逸仿真分析[J].航空計算技術(shù)，2012（6）：103?106.

[6] 段玲琳，王志紅.一種提高系留氣球拉力傳感器測量準確度的方法[J].浮空器研究，2011（3）：1?3.

[7] 國防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會.GJB366.2?87大氣風(fēng)場[S].北京：國防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會，1988.

[8] 袁紅艷，劉宗強.系留氣球升空/回收仿真訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，36（20）：41?44.