阅读说明：本技术 高空气球发放装置 (High-altitude balloon dispensing device ) 是由 曹秒艳 隋宽鹏 胡晗 田少杰 庞世缘 于 2020-06-05 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种高空气球发放装置,包括滚筒发放系统和牵引式移动底盘；滚筒发放系统通过回转支撑转台固定于牵引式移动底盘上；滚筒发放系统包括滚筒芯轴、滚筒、滚筒支撑架、翻转机构、锁紧机构和缓冲机构,滚筒两侧连接有转轴一和转轴二,滚筒芯轴与转轴一相连滚筒支撑架包括水平支撑架和竖直支撑架,回转支撑转台连接有电机；翻转机构包括减速电机和传动套筒,传动套筒一端与减速电机相连,另一端通过电机销轴与滚筒芯轴相连；水平支撑架上置有与转轴二相连的锁紧机构；竖直支撑架底部置有缓冲机构；竖直支撑架内部设有止翻转装置。本发明可实现对不同体积的高空探测气球的发放,操作简单,气球发放过程中球体保护可靠,性能稳定,发放效率高。(The invention provides a high-altitude balloon issuing device, which comprises a roller issuing system and a traction type movable chassis, wherein the roller issuing system comprises a roller receiving device and a roller receiving device; the roller distribution system is fixed on the traction type moving chassis through the rotary supporting turntable; the roller distributing system comprises a roller mandrel, a roller supporting frame, a turnover mechanism, a locking mechanism and a buffering mechanism, wherein a first rotating shaft and a second rotating shaft are connected to two sides of the roller; the turnover mechanism comprises a speed reducing motor and a transmission sleeve, one end of the transmission sleeve is connected with the speed reducing motor, and the other end of the transmission sleeve is connected with the roller core shaft through a motor pin shaft; a locking mechanism connected with the second rotating shaft is arranged on the horizontal support frame; the bottom of the vertical support frame is provided with a buffer mechanism; the inside turnover stopping device that is equipped with of vertical support frame. The invention can realize the release of high-altitude detection balloons with different volumes, has simple operation, reliable sphere protection in the release process of the balloons, stable performance and high release efficiency.)

高空气球发放装置

技术领域

本发明涉及浮空器技术领域，具体而言，尤其涉及一种高空气球发放装置。

背景技术

高空气球又称高空科学气球，是指在平流层飞行的无动力浮空器，是近30年来逐步发展起来的进行高空科学观测或实验的一种运载工具，由于高空气球造价低廉、组织飞行方便、试验周期短，可以搭载几百公斤乃至几吨的科学探测仪器设备上升至3-4万米高空，持续飞行时间长达数天至数十天，可用于多种学科的科学实验和观测研究。因此越来越受到科学工作者的青睐，并被广泛应用于高能天体物理、宇宙线、红外天文、大气物理、大气化学、地面遥感、高空物理、生理、微重力实验等方面的研究，同时也大量应用于外层空间宇宙设备的预研和试飞以及军事方面等现有技术中。由于高空气球的体积可达数十万立方米，浮力高达数吨，因此，气球发放方法是关系到整个气球飞行实验成败的关键技术之一。

探空科学气球经过几十年的发展，各国发展若干种不同的气球发放方法。这些方法具有各自独特的优点，但是又或多或少拥有一些局限性。例如法国人曾经使用的简易气囊静态发放，具有设备简单，便于操作的优点，但是在气球升空的瞬间，吊舱和气球会受到很大的冲击和振动，这对气球得发放质量和仪器设备的的安全都是不利的。为了克服以上问题，法国人发明了软式发放，软式发放的优点是对场地要求不高，气象条件限制不严格；可同时发放两个以上载荷，相比于静态发放来说可以发放较大的气球和较重的载荷，但是气球和吊舱仍然受到较大的冲击和振动，另外操作十分复杂，需要多个熟练的操作人员在不同的地点配合操作，而且发放成本高。

发明内容

根据上述提出的简易气囊静态发放，具有设备简单，便于操作的优点，但是在气球升空的瞬间，吊舱和气球会受到很大的冲击和振动，这对气球得发放质量和仪器设备的的安全都是不利的；软式发放，对场地要求不高，气象条件限制不严格，可同时发放两个以上载荷，相比于静态发放来说可以发放较大的气球和较重的载荷，但是气球和吊舱仍然受到较大的冲击和振动，另外操作十分复杂，需要多个熟练的操作人员在不同的地点配合操作，而且发放成本高的技术问题，而提供一种高空气球发放装置。本发明主要利用回转支撑转台驱动滚筒发放系统转动，通过锁紧机构打开，使滚筒在气球升力作用下被迅速弹开并翻转砸向缓冲机构，缓冲机构有效吸收滚筒冲击能量，止翻转系统有效防止滚筒回弹，直到气球成功升空后，关闭止翻转系统，滚筒在减速电机驱动下复位翻转至初始状态，并由锁紧机构进行锁紧，从而实现对不同体积的高空探测气球的发放，操作简单，气球发放过程中球体保护可靠，性能稳定，发放效率高。

本发明采用的技术手段如下：

一种高空气球发放装置，包括：滚筒发放系统和牵引式移动底盘；所述牵引式移动底盘上设有回转支撑转台，所述滚筒发放系统通过所述回转支撑转台固定于所述牵引式移动底盘上；

所述滚筒发放系统包括滚筒芯轴、滚筒、滚筒支撑架、固定在滚筒支撑架上方的翻转机构、锁紧机构和缓冲机构，所述滚筒的两侧分别连接有转轴一和转轴二，所述滚筒芯轴与所述转轴一相连，所述滚筒支撑架包括支撑所述滚筒发放系统的水平支撑架和支撑滚筒的竖直支撑架，所述滚筒芯轴通过轴承与所述竖直支撑架相连，所述竖直支撑架置于所述水平支撑架的一侧，所述水平支撑架与所述回转支撑转台连接为一体，所述回转支撑转台连接有电机，由所述电机驱动转动，进而驱动所述水平支撑架和所述滚筒发放系统转动；所述滚筒与所述水平支撑架间的空间位置用于放置气球；

所述翻转机构包括置于垂直支撑架上的减速电机和传动套筒，所述传动套筒的一端与所述减速电机的电机轴配合连接，所述传动套筒的另一端通过电机销轴与所述滚筒芯轴固定连接；所述减速电机驱动所述滚筒芯轴转动，进而驱动所述转轴一带着所述滚筒进行复位翻转；

所述水平支撑架的另一侧置有所述锁紧机构，所述锁紧机构与所述转轴二相连，所述锁紧机构关闭用于锁紧所述滚筒，所述锁紧机构打开用于释放所述滚筒；

所述水平支撑架上设有两个限位弹簧阻尼缸，所述限位弹簧阻尼缸的上端通过限位销轴与所述滚筒支撑架相连，下端固定于所述回转支撑平台上；

所述竖直支撑架的底部一侧置有所述缓冲机构；所述竖直支撑架的内部设有止翻转装置；

工作过程中，所述电机驱动所述回转支撑转台转动，所述滚筒发放系统转动，将气球放置于所述滚筒下方，气球经充气后经由充气端被拉紧，当气球体积达到释放要求，所述锁紧机构打开，释放所述滚筒，拔除所述电机销轴，所述滚筒被弹起，翻转落到所述缓冲机构上，通过所述止翻转装置使所述滚筒保持位置不动，直到气球成功升空，***所述电机销轴，所述滚筒由所述减速电机驱动翻转至所述锁紧机构进行锁紧。

进一步地，所述牵引式移动底盘包括底座、置于底座底部的车轮、置于底座上的刹车系统、导向辊、辅助辊和铺膜辊；

所述辅助辊位于所述导向辊和所述铺膜辊之间；

所述导向辊为圆柱状，设有两个，平行间隔设置，均垂直放置于所述底座上，气球的体部位于两个所述导向辊间；所述辅助辊平行放置于所述底座上，所述辅助辊的轴线与所述底座的短边平行；所述铺膜辊置于所述移动底盘的端部，与所述辅助辊平行设置；气球的体部平铺在所述辅助辊和所述铺膜辊上。

进一步地，所述辅助辊和所述铺膜辊为可转动辊轴。

进一步地，所述滚筒支撑架的底部采用铰链与所述回转支撑转台相连，保证所述滚筒支撑架发放气球过程中实现30°～90°角度转动。

进一步地，所述锁紧机构包括主锁、备用锁和储能弹射机构，所述主锁通过端台与所述滚筒支撑架相连，所述主锁与所述转轴二相连，所述储能弹射机构固定于所述主锁的一侧，所述备用锁置于所述储能弹射机构的一侧，所述备用锁设有挂钩，与所述转轴二锁紧连接。

进一步地，所述缓冲机构包括缓冲垫、缓冲架和缓冲弹簧阻尼缸；所述缓冲架与所述水平支撑架铰接，所述缓冲架上设有斜边，所述斜边上置有所述缓冲垫，所述缓冲垫与翻转后的所述滚筒接触；所述缓冲弹簧阻尼缸的上端与所述缓冲架的底部相连，下端与所述水平支撑架相连。

进一步地，所述缓冲垫由双层缓冲材料构成。

进一步地，所述滚筒内部为空心，两端通过轴承分别与所述转轴一和所述转轴二相连，保证所述滚筒通过两侧转轴进行自由转动，保证在气球充气时不会对气球表面造成磨损；所述滚筒的一端的所述转轴一可翻转，所述转轴二在气球充气阶段被所述锁紧机构锁住。

进一步地，可翻转的所述转轴一为直角缺口状的台阶形结构，所述台阶形结构上设有安装孔，所述滚筒芯轴与所述安装孔配合连接，所述滚筒芯轴的中轴线平行于水平面且与所述滚筒的中轴线垂直。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明提供的高空气球发放装置，可以实现对不同体积的高空探测气球的发放，可兼容轻载至重载不同载荷范围的气球，操作简单，气球发放过程中球体保护可靠，性能稳定，发放效率高，可应对各种情况下的气球发放。

2、本发明提供的高空气球发放装置，在缓冲机构和限位弹簧阻尼缸的配合下，能够最大程度的减少气球发放所带来的巨大冲击力；通过滚筒的可转动以及铺膜辊的配合，降低气球表面受到的磨损，发放气球中的操作为手动拉绳或电动，比较简单安全。

3、本发明提供的高空气球发放装置，锁紧机构在主锁出现故障时，备用锁紧装置启用，保证气球顺利放出。

4、本发明提供的高空气球发放装置，缓冲机构中缓冲架与滚筒支撑架以铰接相连，并可以绕铰接轴小角度旋转，以减小发放气球过程中发放装置收到的冲击。

综上，应用本发明的技术方案能够解决现有技术中的简易气囊静态发放，具有设备简单，便于操作的优点，但是在气球升空的瞬间，吊舱和气球会受到很大的冲击和振动，这对气球得发放质量和仪器设备的的安全都是不利的；软式发放，对场地要求不高，气象条件限制不严格，可同时发放两个以上载荷，相比于静态发放来说可以发放较大的气球和较重的载荷，但是气球和吊舱仍然受到较大的冲击和振动，另外操作十分复杂，需要多个熟练的操作人员在不同的地点配合操作，而且发放成本高的问题。

基于上述理由本发明可在浮空器等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明高空气球发放装置运输状态整体结构示意图。

图2为本发明高空气球发放装置工作状态整体结构示意图。

图3为本发明中翻转机构的结构示意图。

图4为本发明中限位弹簧阻尼缸的位置示意图。

图5为本发明中滚筒与滚筒芯轴的连接示意图。

图中：1、备用锁；2、储能弹射机构；3、主锁；4、滚筒；5、减速电机；6、缓冲垫；7、缓冲架；8、缓冲弹簧阻尼缸；9、辅助辊；10、牵引式移动底盘；11、铺膜辊；12、回转支撑转台；13、限位弹簧阻尼缸；14、限位销轴；15、滚筒芯轴；16、电机销轴；17、传动套筒；18、电机；19、滚筒支撑架；20、限位销轴孔；21、转轴一；22、转轴二。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1-5所示，本发明提供了一种高空气球发放装置，包括：滚筒发放系统和牵引式移动底盘10；所述牵引式移动底盘10上设有回转支撑转台12，所述滚筒发放系统通过所述回转支撑转台12固定于所述牵引式移动底盘10上。

所述滚筒发放系统包括滚筒芯轴15、滚筒4、滚筒支撑架19、固定在滚筒支撑架19上方的翻转机构、锁紧机构和缓冲机构，所述滚筒4的两侧分别连接有转轴一21和转轴二22，所述滚筒芯轴15与所述转轴一21相连，所述滚筒支撑架19包括支撑所述滚筒发放系统的水平支撑架和支撑滚筒4的竖直支撑架，所述滚筒芯轴15通过轴承与所述竖直支撑架相连，所述竖直支撑架置于所述水平支撑架的一侧，所述水平支撑架与所述回转支撑转台12连接为一体，所述回转支撑转台12连接有电机18，由电机18驱动转动，进而驱动所述水平支撑架和所述滚筒发放系统转动；所述滚筒4与所述水平支撑架间的空间位置用于放置气球。上述所述滚筒4内部为空心，两端通过轴承分别与所述转轴一21和所述转轴二22相连，保证所述滚筒4通过两侧转轴进行自由转动，保证在气球充气时不会对气球表面造成磨损；所述转轴一21可翻转，所述转轴二22在气球充气阶段被所述锁紧机构锁住。其中，可翻转的所述转轴一21为直角缺口状的台阶形结构，所述台阶形结构上设有安装孔，所述滚筒芯轴15与所述安装孔配合连接，所述滚筒芯轴15的中轴线平行于水平面且与所述滚筒4的中轴线垂直。

所述翻转机构包括置于垂直支撑架上的减速电机5和传动套筒17，所述传动套筒17的一端与所述减速电机5的电机轴配合连接，所述传动套筒17的另一端通过电机销轴16与所述短轴固定连接，所述电机销轴16***所述传动套筒17和所述滚筒芯轴15中，可控制减速电机5旋转是否带动滚筒4翻转；所述减速电机5驱动所述滚筒芯轴15转动，进而驱动所述转轴一21带着所述滚筒4进行复位翻转。

所述水平支撑架的另一侧置有所述锁紧机构，所述锁紧机构与所述转轴二22相连，所述锁紧机构关闭用于锁紧所述滚筒4，所述锁紧机构打开用于释放所述滚筒4。

所述水平支撑架上设有两个限位弹簧阻尼缸13，左右两侧所述限位弹簧阻尼缸13的上端通过限位销轴14与所述滚筒支撑架19相连，下端固定于所述回转支撑转台12上。其中，弹簧阻尼缸13的上端通孔与固定在所述滚筒支撑架19上的限位销轴孔20相连通，限位销轴14***到限位销轴孔20和通孔中，如图4所示。

所述竖直支撑架的底部一侧置有所述缓冲机构；所述竖直支撑架的内部设有止翻转装置，用于将翻转至所述缓冲机构上的所述滚筒4保持在当前位置不发生其他动作。

工作过程中，所述电机18驱动所述回转支撑转台12转动，所述滚筒发放系统转动，将气球放置于所述滚筒4下方，气球经充气后经由充气端被拉紧(充气端位于现有充气装置上)，当气球体积达到释放要求，所述锁紧机构打开，释放所述滚筒4，拔除所述电机销轴16，所述滚筒4被弹起，翻转落到所述缓冲机构上，通过所述止翻转装置使所述滚筒4保持位置不动，直到气球成功升空，***所述电机销轴16，所述滚筒4由所述减速电机5驱动翻转至所述锁紧机构进行锁紧。

所述牵引式移动底盘10包括底座、置于底座底部的车轮、置于底座上的刹车系统、导向辊、辅助辊9和铺膜辊11；所述辅助辊9位于所述导向辊和所述铺膜辊11之间；所述导向辊为圆柱状，设有两个，平行间隔设置，均垂直放置于所述底座上，即所述导向辊的轴线与所述底座垂直，气球的体部位于两个所述导向辊间；所述辅助辊9平行放置于所述底座上，所述辅助辊9的轴线与所述底座的短边平行；所述铺膜辊11置于所述移动底盘的端部，与所述辅助辊9平行设置；气球的体部平铺在所述辅助辊9和所述铺膜辊11上。其中，所述辅助辊9和所述铺膜辊11为可转动辊轴，在气球逐步充气过程中，为长度较长的气球体部提供支撑，随着气球滑动，产生摩擦带动辅助辊9和铺膜辊11自由转动。

所述滚筒支撑架19的底部采用铰链与所述回转支撑转台12相连，保证所述滚筒支撑架19发放气球过程中实现30°～90°角度转动。

所述锁紧机构包括主锁3、备用锁1和储能弹射机构2，所述主锁3通过端台与所述滚筒支撑架19相连，所述主锁3与所述转轴二22相连，所述储能弹射机构2固定于所述主锁3的一侧，所述备用锁1置于所述储能弹射机构2的一侧，所述备用锁1设有挂钩，与所述转轴二22锁紧连接。

所述缓冲机构包括缓冲垫6、缓冲架7和缓冲弹簧阻尼缸8；所述缓冲架7与所述水平支撑架铰接，所述缓冲架7上设有斜边，所述斜边上置有所述缓冲垫6，所述缓冲垫6与翻转后的所述滚筒4接触；所述缓冲弹簧阻尼缸8的上端与所述缓冲架7的底部相连，下端与所述水平支撑架相连。其中，所述缓冲垫6由双层缓冲材料构成，主要成分为高分子多孔材料。

高空气球发放装置分为运输和工作两种状态。第一种为运输状态：运输时滚筒发放系统与牵引式移动底盘10前进方向平行放置，以减小设备整体宽度(见图1)，运输过程中，滚筒4设计专用防护罩，防止滚筒4意外磕碰。第二种为工作状态：电机18带动回转支撑转台12旋转，滚筒发放系统逆时针旋转，旋转至与牵引式移动底盘10前进方向垂直放置。滚筒4部分重心位于牵引式移动底盘10中轴面上，高空气球发放装置的水平拉力由现有牵引叉车提供。

高空气球发放装置进入工作状态后，滚筒4两端分别安置于滚筒支撑架19上，锁紧机构处于锁紧状态，探空气球在未充气时放置于滚筒4下方，气球开始充气，当气球体积达到发放要求时，先拔出电机销轴16(见图3)，保证减速电机5的动力输出轴与滚筒芯轴15脱离，避免滚筒4释放瞬间的强大转动惯量冲击减速电机5，其次将限位销轴14从限位销轴孔20中拔出，可以使滚筒支撑架19可以小幅度转动，降低滚筒4释放瞬间的强大冲击力对装置产生的冲击。随后滚筒4锁紧机构放开，滚筒4主锁3锁紧释放机构的打开方式为拉绳机械打开操作方式，打开主锁3实施释放。需要说明的是，备用锁1正常条件下不启用，只有在主锁3出现故障时才启动，保证气球顺利放出。滚筒4在所受拉力作用下绕翻转轴迅速由初始水平状态翻转，并翻转至缓冲机构上，在缓冲机构的吸能作用下靠紧托架上的缓冲垫6(见图2)，缓冲架7与水平支撑架以铰接相连，并可以绕铰接轴小角度旋转。当滚筒4翻转时，迅速冲击缓冲垫6，缓冲垫6吸收大部分能量，缓冲架7在冲击力作用下绕铰接轴旋转并压缩缓冲弹簧阻尼缸8和瘫痪阻尼器，吸收冲击剩余能量。

为防止滚筒4反弹，在翻转支撑架内部设置有止翻转装置，进一步有效防止滚筒4回弹，待发放完成后，关闭止翻转装置，再启动减速电机5，***电机销轴16，实现滚筒4回转，从而实现滚筒4的复位翻转，待复位后再关闭锁紧机构，***限位销轴14，实现一个发放循环。

当发放轻型气球时，由于气球自身升力有限，不能迅速抬起滚筒4实现顺利发放。因此利用储能弹射装置，当解锁释放时，储能压力由冲击头直接推动滚筒4绕翻转轴旋转，实施气球发放；发放重载气球时，储能弹射装置不参与发放。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。