一种超压气球装置及其收纳展开的设计方法

本发明涉及超压气球领域，尤其涉及一种超压气球装置及其收纳展开的设计方法。

背景技术：

1、超压气球，也被称为高压气球，是一种常见的气球类型；它们在充气时会被充入比标准大气压更高的压力，这样可以使气球变得更加紧实和坚固，超压气球目前广泛应用于火星探测中，火星探测气球是典型的可充气可膨胀结构，一般由轻质柔性复合材料制成，以折叠状态发射到太空，到达预定轨道或位置后进行充气可膨胀，在这个过程中，探测器需要经历发射、飞行、入轨、着陆、膨胀、充气等一系列过程，对设计要求非常高，在超压气球收纳时，现有技术采用的是横向的层层折叠，但是这种方式这种横向折叠方式很容易形成塌陷，容易使囊体发生变形进而隆起而形成小曲率半径的“鼓包”。

技术实现思路

1、为了克服在超压气球收纳时，现有技术采用的是横向的层层折叠，但是这种方式这种横向折叠方式很容易形成塌陷，容易使囊体发生变形进而隆起而形成小曲率半径的“鼓包”的问题。

2、本发明的技术方案为：一种超压气球装置，包括有运载舱、托举盘、支撑组件、超压气球和释放组件，托举盘设置于运载舱的内部，支撑组件设置于托举盘的上方，超压气球收纳于托举盘的上方，超压气球与运载舱连接，支撑组件设置于超压气球的内部，支撑组件与超压气球的内壁固定连接，释放组件设置于运载舱的内部，释放组件与超压气球连接。

3、优选的，通过设置托举盘可以对支撑组件及超压气球进行支撑，并利用托举盘带动支撑组件和超压气球进行移动，通过设置支撑组件可以对超压气球进行支撑，可以在超压气球展开或者折叠收纳时，对超压气球的形状进行支撑和限定，且可以对超压气球的膨胀方向和收缩方向进行限定，且可以在超压气球的中心区域进行支撑，从而确保超压气球保持在所需的形状和姿势下运行，有助于应对火星上可能出现的高风速和其他不利气象条件；提高了火星探测器的稳定性，使其能够在火星大气中更长时间地运行和收集数据，增加了火星探测器的耐久性，减少了可能出现的损坏和故障的风险，提供了更大的数据收集能力，通过设置释放组件可以为超压气球和支撑组件提供动力。

4、作为优选，支撑组件包括有刚性伸缩杆、气体发生器和点火装置，刚性伸缩杆的一端与托举盘固定连接，刚性伸缩杆为中空结构，气体发生器设置于刚性伸缩杆的内部，点火装置设置于刚性伸缩杆的内部，点火装置与气体发生器连接，刚性伸缩杆的侧壁上设置有多组气压传感器，在使用时，通过设置点火装置可以触发气体发生器，从而可以利用气体发生器向刚性伸缩杆内部填充气体，从而将刚性伸缩杆顶起，使得刚性伸缩杆展开，可以对超压气球进行支撑，可以在超压气球展开或者折叠收纳时，对超压气球的形状进行支撑和限定，且可以对超压气球的膨胀方向和收缩方向进行限定，且可以在超压气球的中心区域进行支撑，从而确保超压气球保持在所需的形状和姿势下运行。

5、作为优选，运载舱的内部设置有控制器，刚性伸缩杆设置于超压气球的内部，刚性伸缩杆的两端与超压气球的内部两端固定连接，超压气球呈螺旋状缠绕在刚性伸缩杆的表面上，在使用时，通过设置控制器可以对点火装置和释放组件进行控制，超压气球呈螺旋状缠绕在刚性伸缩杆的表面上，有效保障超压气球的稳定性，从重量以及结构上有效保障超压气球不会发生形变，球壁一层压一层就是能给整个超压气球更好的约束，加上刚性伸缩杆保证气球在运载仓发射入轨降落着陆过程都不会有晃动形变，进而保障了运载仓运载过程上的稳定性，着陆完成时释放成功率更高。

6、作为优选，运载舱为可展开结构，运载舱的内壁为钛合金和铝合金中的一种或多种制成，刚性伸缩杆为碳纤维增强复合材料制成，在使用时，通过设置运载舱的内壁为钛合金和铝合金中的一种或多种制成，使得运载舱具有较好的相容性，减少震动等活动保护气球运载过程中不变形。

7、作为优选，超压气球为聚乙烯、聚丙烯、聚酯薄膜、涤纶和高强度合成聚合物材质中的一种或多种制成，在使用时，使得超压气球在火星的极端条件下可能导致不稳定性。

8、作为优选，释放组件包括有压缩气体仓、输送管道和旋转电机，旋转电机设置于托举盘的下方，旋转电机的输出端与刚性伸缩杆固定连接，压缩气体仓设置于运载舱的内部，压缩气体仓设置于托举盘的下方，压缩气体仓通过输送管道与超压气球固定连接，在使用时，通过设置压缩气体仓可以通过输送管道向超压气球内部输送解压后的气体，使得超压气球膨胀，通过设置旋转电机可以带动刚性伸缩杆进行旋转，从而可以对超压气球进行螺旋折叠收纳或者展开。

9、一种超压气球装置的收纳展开的设计方法，在超压气球展开时，包括以下步骤：

10、步骤一：准备释放超压气球；运载舱着陆，点火装置启动，控制气体发生器工作，向刚性伸缩杆内部释放气体，刚性伸缩杆展开；

11、步骤二：做超压气球释放准备；运载舱仓壁展开形成类似喇叭状气球支撑结构，抵抗火星横风，气球托举盘部分略升起，确保超压气球最大半径所在平面高于喇叭状支撑上缘，空间足够展开；

12、步骤三：进行超压气球释放；置于托举盘下方的压缩气体仓开始向超压气球充气，同时旋转电机带动刚性伸缩杆向超压气球缠绕方向的反方向旋转，为气球膨胀释放空间。

13、优选的，运载舱仓壁展开，可以为超压气球的释放不受到运载舱仓壁的阻挡，刚性伸缩杆展开可以带动折叠的超压气球同进行展开，然后旋转电机带动刚性伸缩杆旋转，在超压气球充气膨胀的同时，对超压气球进行解除螺旋，从而可以实现超压气球在膨胀时各部分均匀膨胀受力，且可以实现超压气球膨胀时按照既定的形状进行展开，使得超压气球不会偏移和抖动，有助于应对火星上可能出现的高风速和其他不利气象条件；提高了火星探测器的稳定性，使其能够在火星大气中更长时间地运行和收集数据，增加了火星探测器的耐久性，减少了可能出现的损坏和故障的风险。

14、作为优选，在进行超压气球释放时，控制器通过气压传感器所采集到的超压气球内部的气压和从压缩气体仓开始向超压气球充气持续的时间对旋转电机的旋转速度进行调节，具体的，通过以下公式对旋转电机的旋转速度进行调节：

15、

16、其中，s为旋转电机的转速；α为常数系数，α的大小与超压气球的尺寸相关；n为超压气球的幅数；为多个气压传感器所采集到的超压气球内部的气压大小的平均值；pmax为原定的超压气球正常情况下的最大气压值；t为从压缩气体仓开始向超压气球充气持续的时间。

17、优选的，通过根据气压传感器的数据对旋转电机的旋转速度进行旋转，可以调节刚性伸缩杆对超压气球的释放速度，从而可以调节超压气球的受力情况，防止超压气球受力过大，导致形成鼓包，且在控制因素中加入根据超压气球大小确定的常数系数α，可以根据不同形状、尺寸的超压气球进行不同程度的控制，且通过多个传感器的平均值进行控制，可以防止单个传感器损坏或者由于环境因素导致传感器数据错误，通过在控制因素中加入最大气压值pmax可以进一步增加超压气球本身因素的影响，通过在控制因素中加入因素时间t，可以根据超压气球在不同膨胀状况下理想的气压值大小变化对释放速度进行控制。

18、作为优选，在准备释放超压气球时，点火装置启动，气体发生器工作之前，压缩气体仓打开，向超压气球内释放部分压缩气体。

19、优选的，通过在气体发生器工作之前，打开压缩气体仓，向超压气球内释放部分压缩气体，可以使得超压气体略微膨胀，将超压气球折叠的结构顶起，从而使得刚性伸缩杆在伸长时，不会拉动超压气球折叠的结构，导致超压气球结构破坏，增加火星探测器的稳定性。

20、作为优选，在超压气球折叠时，包括以下步骤：

21、步骤一：释放超压气球内部的气体，同时释放刚性伸缩杆内部的气体；

22、步骤二：当刚性伸缩杆内部的气体释放完毕后，控制旋转电机旋转，超压气球继续释放气体；

23、步骤三：当超压气球内部的气体完成释放之后，托举盘向下移动，然后运载舱复原，完成超压气球的折叠收纳。

24、本发明的有益效果：

25、1、相对于现有技术采用的是横向的层层折叠，但是这种方式这种横向折叠方式很容易形成塌陷，容易使囊体发生变形进而隆起而形成小曲率半径的“鼓包”，该装置通过设置点火装置可以触发气体发生器，从而可以利用气体发生器向刚性伸缩杆内部填充气体，从而将刚性伸缩杆顶起，使得刚性伸缩杆展开，可以对超压气球进行支撑，可以在超压气球展开或者折叠收纳时，对超压气球的形状进行支撑和限定，且可以对超压气球的膨胀方向和收缩方向进行限定，且可以在超压气球的中心区域进行支撑，从而确保超压气球保持在所需的形状和姿势下运行；

26、2、通过设置控制器可以对点火装置和释放组件进行控制，超压气球呈螺旋状缠绕在刚性伸缩杆的表面上，有效保障超压气球的稳定性，从重量以及结构上有效保障超压气球不会发生形变，球壁一层压一层就是能给整个超压气球更好的约束，加上刚性伸缩杆保证气球在运载仓发射入轨降落着陆过程都不会有晃动形变，进而保障了运载仓运载过程上的稳定性，着陆完成时释放成功率更高；

27、3、通过根据气压传感器的数据对旋转电机的旋转速度进行旋转，可以调节刚性伸缩杆对超压气球的释放速度，从而可以调节超压气球的受力情况，防止超压气球受力过大，导致形成鼓包，且在控制因素中加入根据超压气球大小确定的常数系数α，可以根据不同形状、尺寸的超压气球进行不同程度的控制，且通过多个传感器的平均值进行控制，可以防止单个传感器损坏或者由于环境因素导致传感器数据错误，通过在控制因素中加入最大气压值pmax可以进一步增加超压气球本身因素的影响，通过在控制因素中加入因素时间t，可以根据超压气球在不同膨胀状况下理想的气压值大小变化对释放速度进行控制。