系留氣球拉力監測的設計方法與應用研究

李紅泉　魏曉恒

摘 要： 系留氣球以其顯著優勢被應用到許多領域。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，眾多信息中，纜繩拉力是關系到使用安全性最重要的一項。根據受力分析，介紹了拉力采集的工作原理，設計了拉力監測流程并選取拉力變送器，通過實際應用驗證了設計方法的合理性。

關鍵詞： 系留氣球； 受力分析； 拉力檢測流程； 設計方法驗證

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穩定，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、周圍風向風速、溫濕度、設備工作狀態、纜繩拉力等參數，這些參數通過纜繩或無線設備傳送至地面顯示，成為技術人員判斷的依據。目前，纜繩多為光電復合型，不僅擔當承接拉力部件，更是參數傳輸的光纖通道和球上用電的電力通道，應急情況下，球上UPS也可以維持系統短暫工作。

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

我國也于近幾年開始發展該領域的技術應用，本文研究的內容就是對海通信系留氣球項目的一部分。由于沿海氣象環境復雜，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角度劇烈變化，甚至會拉斷系留纜繩，使氣球在空中逃逸[5]。所以，從安全角度來講，拉力監測是非常重要的環節，人們不斷探索提高拉力測量準確度的研究[6]。

4 結 語

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

總結多年的使用經驗，重新設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，減少了軟件的復雜度。另外，將拉力等眾多參數通過無線網橋傳送至地面顯示，可實現多點監控，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[M].王生，譯.北京：科學出版社，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年美國無人機系統發展路線圖[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，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] 國防科學技術工業委員會.GJB366.2?87大氣風場[S].北京：國防科學技術工業委員會，1988.

[8] 袁紅艷，劉宗強.系留氣球升空/回收仿真訓練系統設計[J].現代電子技術，2013，36（20）：41?44.

摘 要： 系留氣球以其顯著優勢被應用到許多領域。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，眾多信息中，纜繩拉力是關系到使用安全性最重要的一項。根據受力分析，介紹了拉力采集的工作原理，設計了拉力監測流程并選取拉力變送器，通過實際應用驗證了設計方法的合理性。

關鍵詞： 系留氣球； 受力分析； 拉力檢測流程； 設計方法驗證

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穩定，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、周圍風向風速、溫濕度、設備工作狀態、纜繩拉力等參數，這些參數通過纜繩或無線設備傳送至地面顯示，成為技術人員判斷的依據。目前，纜繩多為光電復合型，不僅擔當承接拉力部件，更是參數傳輸的光纖通道和球上用電的電力通道，應急情況下，球上UPS也可以維持系統短暫工作。

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

我國也于近幾年開始發展該領域的技術應用，本文研究的內容就是對海通信系留氣球項目的一部分。由于沿海氣象環境復雜，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角度劇烈變化，甚至會拉斷系留纜繩，使氣球在空中逃逸[5]。所以，從安全角度來講，拉力監測是非常重要的環節，人們不斷探索提高拉力測量準確度的研究[6]。

4 結 語

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

總結多年的使用經驗，重新設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，減少了軟件的復雜度。另外，將拉力等眾多參數通過無線網橋傳送至地面顯示，可實現多點監控，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[M].王生，譯.北京：科學出版社，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年美國無人機系統發展路線圖[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，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] 國防科學技術工業委員會.GJB366.2?87大氣風場[S].北京：國防科學技術工業委員會，1988.

[8] 袁紅艷，劉宗強.系留氣球升空/回收仿真訓練系統設計[J].現代電子技術，2013，36（20）：41?44.

摘 要： 系留氣球以其顯著優勢被應用到許多領域。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，眾多信息中，纜繩拉力是關系到使用安全性最重要的一項。根據受力分析，介紹了拉力采集的工作原理，設計了拉力監測流程并選取拉力變送器，通過實際應用驗證了設計方法的合理性。

關鍵詞： 系留氣球； 受力分析； 拉力檢測流程； 設計方法驗證

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穩定，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、周圍風向風速、溫濕度、設備工作狀態、纜繩拉力等參數，這些參數通過纜繩或無線設備傳送至地面顯示，成為技術人員判斷的依據。目前，纜繩多為光電復合型，不僅擔當承接拉力部件，更是參數傳輸的光纖通道和球上用電的電力通道，應急情況下，球上UPS也可以維持系統短暫工作。

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

我國也于近幾年開始發展該領域的技術應用，本文研究的內容就是對海通信系留氣球項目的一部分。由于沿海氣象環境復雜，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角度劇烈變化，甚至會拉斷系留纜繩，使氣球在空中逃逸[5]。所以，從安全角度來講，拉力監測是非常重要的環節，人們不斷探索提高拉力測量準確度的研究[6]。

4 結 語

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

總結多年的使用經驗，重新設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，減少了軟件的復雜度。另外，將拉力等眾多參數通過無線網橋傳送至地面顯示，可實現多點監控，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[M].王生，譯.北京：科學出版社，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年美國無人機系統發展路線圖[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，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] 國防科學技術工業委員會.GJB366.2?87大氣風場[S].北京：國防科學技術工業委員會，1988.

[8] 袁紅艷，劉宗強.系留氣球升空/回收仿真訓練系統設計[J].現代電子技術，2013，36（20）：41?44.