[发明专利]一种高空气球撕裂系统及其撕裂高空气球的方法

说明书

技术领域

本发明属于临近空间技术领域，涉及一种高空气球定高撕裂的系统和方法。

背景技术

临近空间是跨接航空与航天的新兴战略空间，发展临近空间飞行器，进入临近空间，利用临近空间，对于我国建设全方位、立体化的安全体系意义重大。

高空气球主要用于将探空仪器携带到高空，以便进行温度、压力、湿度和风等气象要素的探测，也可以携带设备完成信号中继、科学实验、军情监测等任务。高空气球是研究平流层的重要工具，特别是对气象学发展和高空飞行器的设计起到了重要作用。

目前，现有的高空气球在球伞分离后，高空气球均是自然爆破(继续上升至一定高度，超压爆破)，还未见有应用力学方法对高空气球进行定高撕裂爆破的报道与文献。

发明内容

因此，希望提供一种系统构造简单、可靠性高的高空气球撕裂系统和其撕裂高空气球的方法，实现在预定高度解锁释放载荷吊舱的同时撕裂和破坏气球。

根据发明的一个方面，提供了一种高空气球撕裂系统，它包括高空气球本体、小孔、撕裂幅、撕裂绳、主承力绳、载荷吊舱、解锁装置；

所述小孔设置在高空气球本体表面上，用于预埋撕裂绳，小孔的直径应略大于撕裂绳的直径；

所述撕裂幅为贴合在高空气球本体外表面小孔位置的材料片，用于固定撕裂绳和密封小孔；撕裂幅通过热合或粘合剂粘合的方式固定在高空气球本体外表面，一方面固定撕裂绳，另一方面用于密封高空气球本体表面预制的小孔以防浮升气体泄漏；撕裂幅可采用高空气球本体材料或指定的焊接带材料；

所述载荷吊舱用于装载高空任务设备；

所述主承力绳用于连接所述高空气球本体和载荷吊舱；

所述解锁装置设置在所述高空气球本体与载荷吊舱之间的主承力绳上，用于使主承力绳断裂并分离高空气球本体和载荷吊舱；

所述小孔和撕裂幅在高空气球本体外表面分别设置两个；

所述撕裂绳的一端从一个小孔穿入高空气球本体并固定在所述小孔内或固定在撕裂幅与高空气球本体的结合处；另一端从另一个小孔穿出，沿撕裂幅与高空气球本体结合处的上端引出、最后固定在载荷吊舱上；撕裂绳采用柔性结实的绳索，可依据高空气球囊体材料性能的不同采用不同材质的撕裂绳；本发明实施方案中的撕裂绳采用尼龙绳，强度远大于高空气球囊体表面的小分子量塑料材料。

所述撕裂幅与高空气球本体表面的结合力小于高空气球本体与载荷吊舱分离时撕裂绳所受的拉力。

进一步的，上述两个小孔沿高空气球本体经向布置，撕裂绳从高空气球本体内部引出的孔为位于高空气球本体经向上部位置的小孔；所述两块撕裂幅在高空气球本体表面不重合。本领域技术人员可知，这种设置可以大大减少载荷吊舱分离后下降过程中，撕裂绳撕开撕裂幅与高空气球本体表面结合处所需要的力，甚至防止作用力在高空气球本体表面发生分解，导致撕不开撕裂幅与高空气球本体表面结合处。

更进一步的，上述撕裂幅在高空气球本体经向的贴合长度大于其在高空气球本体纬向的贴合长度，以使撕裂幅在沿撕裂绳拉力方向较容易被撕开。

还进一步的，本发明的撕裂系统还包括设置于主承力绳上的绕绳器，以在系统浮升过程中收纳多余的撕裂绳，避免上升过程中撕裂绳与主承力绳相互缠绕。高空气球与载荷吊舱分离后，绕绳绕绳器能迅速释放撕裂绳。

还进一步的，上述解锁装置为选自舵机解锁装置、爆破解锁装置和机械解锁装置中的一种；解锁装置具备接收解锁信号功能，根据接收到的解锁信号后启动解锁。

还进一步的，本发明的撕裂系统还包括定时器，定时器设置在所述高空气球本体与载荷吊舱之间的主承力绳上，所述定时器用于在设定时间自动发出解锁指令给所述解锁装置。

还进一步的，本发明的撕裂系统还包括地面站和设置于载荷吊舱中的高度传感器和卫星信号模块；所述地面站实时与卫星信号模块通信，卫星信号模块根据高度传感器传输的高度信息判断系统是否达到预定高度并将高度信息传输给地面站，地面站在预定解锁高度发送解锁指令给解锁装置，实现在指定高度解锁。

还进一步的，上述撕裂幅与高空气球本体表面的贴合方式为粘合剂粘合或热压合。