[發明專利]一種臨近空間浮空器風場自適應調整裝置及方法

有效

• 申請號: 201710114556.7
• 申請日: 2017-02-28
• 公開（公告）號: CN106773740B
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發明（設計）人: 趙磊
• 申請（專利權）人: 北京天恒長鷹科技股份有限公司
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京辰權知識產權代理有限公司 11619
• 代理人: 董李欣

公開了一種臨近空間浮空器風場自適應調整裝置及方法，所述裝置包括：風向測量模塊，其安裝于浮空器本體上，用于測量來流方向與浮空器機體朝向間的角度差值，并且輸出該角度差值；飛控計算機，其與風向測量模塊通信，用于接收該角度差值，根據該角度差值計算浮空器迎著風向航行所需的作動控制數據，并且輸出該作動控制數據；作動機構，其安裝于浮空器本體上且與飛控計算機通信，用于接收作動控制數據，并且根據作動控制數據來控制自身，使浮空器的航向偏轉一定的角度，從而完成浮空器迎著風向航行的自適應調整。無需精確測量風場的實時風向與風速就能夠實現臨近空間浮空器的區域駐空飛行。

技術領域

本發明涉及風場自適應控制領域，更具體地，涉及適用于駐留模式下的臨近空間浮空器的航向控制的自適應調整裝置及方法。

背景技術

臨近空間穩定的大氣分層結構使其在豎直方向基本無對流運動，且在水平方向常年都有定常風。根據臨近空間的上述特點，人們研發了臨近空間浮空器并將其應用于移動互聯通信、敏感區域監控、無線網絡覆蓋、國土資源勘測、災區應急通信等。臨近空間浮空器與固定翼飛行器不同，它需要長時間在某地區進行區域駐留，并且可以依靠自身浮力克服重力作用實現駐空。此外，臨近空間浮空器在區域駐留時主要需進行抗風飛行，以保持當前位置。因此，如何判斷當前風向，并進行逆風飛行，是臨近空間浮空器進行區域駐空飛行所要面對的首要問題。

然而，由于臨近空間的大氣極為稀薄(20km高空僅為0.08kg/m³)，空氣流動產生的動壓較小，所以無法使用傳統的低空飛行器所搭載的空速管來測量位于臨近空間中的浮空器的空速，也就無法解算出浮空器當前的風速風向。此外，超聲波測速儀在臨近空間的稀薄大氣環境下的測量精度很低，也無法使用。

因此，需要提出一種臨近空間浮空器風場自適應調整裝置及方法來實現臨近空間浮空器在風場中的自適應飛行，從而使臨近空間浮空器實現區域駐空飛行。

發明內容

至少為了實現臨近空間的高空風向實時測量、臨近空間的高空風場的航向自適應調整、臨近空間浮空器進行區域駐空飛行所使用的控制策略，本發明提出了以下技術方案：

根據本發明的臨近空間浮空器風場自適應調整裝置，包括：

風向測量模塊，其安裝于浮空器本體上，用于測量來流方向與浮空器機體朝向間的角度差值，并且輸出該角度差值；

飛控計算機，其與風向測量模塊通信，用于接收上述角度差值，根據該角度差值計算浮空器迎著風向航行所需的作動控制數據，并且輸出該作動控制數據；

作動機構，其安裝于浮空器本體上且與飛控計算機通信，用于接收作動控制數據，并且根據作動控制數據來控制自身，使浮空器的航向偏轉一定的角度，從而完成浮空器迎著風向航行的自適應調整。

根據本發明的自適應調整裝置，其中的風向測量模塊包括安裝支架、連接桿、上軸承、下軸承、風標、角位移傳感器，其中，

安裝支架用于連接風標與浮空器本體，安裝支架上留有軸承套，用以固定上軸承與下軸承，其上還留有角位移傳感器的安裝座，用以固定角位移傳感器，使得完成連接之后的上軸承和下軸承的軸線與角位移傳感器的安裝座的軸線重合或平行，安裝支架還與浮空器航向測量裝置、作動機構保持剛性連接，用于保證三者間不會出現相對角位移；

連接桿用于集成上軸承、下軸承、角位移傳感器與風標；

風標與連接桿固連，用于根據風向轉動帶動連接桿；

角位移傳感器用于測量風標所轉過的角度，角位移傳感器的轉子與連接桿固連，使得風標帶動連接桿的旋轉位移傳遞到轉子上，轉子帶動與之連接的電子元件，輸出與旋轉位移成比例的電壓或電流信號作為來流方向與浮空器機體朝向間的角度差值。