具有冗余安全装置的乘用气球的制作方法

本实用新型涉及一种乘用气球，特别是涉及一种具有冗余安全装置的乘用气球。

背景技术：

乘用气球可广泛应用于娱乐观光，农业采摘，高空施工，紧急救援等场合。但乘用气球的安全性问题一直未得以解决，各类乘用气球脱缆爆炸事故屡次发生，造成严重人员伤亡事故和财产损失。乘用气球在安全缆绳脱钩后，由于浮力作用在空中上浮，上浮过程中，由于外界空气的气压逐渐降低，气球将逐渐膨胀最终气球囊无法承受而发生爆炸。因此在乘用气球脱钩后通过排气可减少气球囊中气体来降低浮力，减慢上升速度甚至使其逐渐下降，以争取更多的救援时间甚至平安降落。现有技术有采用检测悬挂绳受力变化，使放气执行机构启动放气来达到确保航空飞行的安全，使飘飞气球下落回收，减小损失的目的。

技术实现要素：

针对上述现有技术的缺陷，本实用新型的目的是提供一种具有冗余安全装置的乘用气球，保障气球在失去绳索牵引时平稳安全降落，提高乘用气球安全性。

本实用新型的技术方案是这样的：一种具有冗余安全装置的乘用气球，包括气球球体、吊篮、操作绳和安全绳，所述气球球体设有套索、锁环、膨胀检测模块和应急泄气模块，所述吊篮设有速度传感器和控制模块，所述吊篮的底部设有拉力传感器，所述拉力传感器的测量端连接所述操作绳和所述安全绳，所述膨胀检测模块、应急泄气模块、速度传感器及拉力传感器与所述控制模块电连接，所述锁环设有若干个并沿所述气球球体的纵截面大圆布置在所述气球球体的表面，所述套索依次穿过所述锁环，所述膨胀检测模块连接于所述套索的两端之间并在所述套索两端距离变化时改变输出的电信号，所述膨胀检测模块输出的电信号接入所述控制模块，所述应急泄气模块用于连通或阻断所述气球球体的内部与外部的气路。

进一步地，所述膨胀检测模块包括膨胀检测阀壳体、套索拉紧弹簧、滑动触头、滑动电阻和检测电源，所述套索拉紧弹簧设置在所述膨胀检测阀壳体内，所述套索拉紧弹簧的一端与所述膨胀检测阀壳体固定连接，所述套索的一端与所述膨胀检测阀壳体固定连接，所述套索的另一端穿入所述膨胀检测阀壳体并与所述套索拉紧弹簧的活动端连接，所述套索拉紧弹簧的活动端与所述滑动触头刚性连接，所述滑动触头与所述滑动电阻滑动连接，所述检测电源和所述滑动触头及所述滑动电阻构成检测电路，所述滑动电阻的电压信号接入所述控制模块。

进一步地，为了防止气球放气后下降速度过快而造成坠落，所述气球球体的侧壁设有熔断器和降落伞，所述降落伞由捆绑带捆绑，所述捆绑带的两端连接在所述熔断器两端，所述熔断器与所述控制模块点连接，所述熔断器熔断时所述捆绑带松脱释放所述降落伞，所述降落伞由连接绳与所述气球球体的顶部连接。

进一步地，所述应急泄气模块设置于所述气球球体的底部，所述应急泄气模块包括连通所述气球球体的内部与外部的通孔，所述通孔内设有直线电机，所述直线电机的动作方向为所述通孔的轴向，所述直线电机的动子与密封球的底部连接，所述密封球设置在所述通孔的上端开口处密封所述通孔的上端开口。

进一步地，所述通孔内设有轴向设置的顶推套筒，所述密封球的底部设有推杆，所述推杆伸入所述顶推套筒内，所述推杆的底部连接有球阀拉紧弹簧，所述球阀拉紧弹簧的末端与所述直线电机的动子连接，所述顶推套筒的侧壁设有相对的两个拉索孔，应急拉索的一端与所述通孔的内壁固定连接，所述应急拉索的自由端穿过所述顶推套筒的一侧的所述拉索孔并绕过所述推杆的底部从所述顶推套筒的另一侧的所述拉索孔穿出并设置在所述吊篮内。

本实用新型所提供的技术方案的优点在于，通过设置膨胀检测模块、速度传感器及拉力传感器利用球体的膨胀、拉力的变化及速度的变化对乘用气球与安全绳之间的意外脱钩进行多重的检测，确保当意外放生时能即使对气球球体进行放气，控制气球的漂浮状态使其安全落地；更进一步地，通过完全手动机械操控与电控两种方式控制的应急泄气模块，在电子装置失效时提供完全手动的控制，进一步保障了气球的安全，且该应急泄气模块在手动控制时也能够实现排气通路的关闭与打开进而控制排气量，减小快速坠落的风险。

附图说明

图1为具有冗余安全装置的乘用气球结构示意图。

图2为锁环位置局部放大图。

图3为具有冗余安全装置的乘用气球侧向示意图。

图4为应急泄气模块结构示意图。

图5为膨胀检测模块结构示意图。

图6为降落伞打开状态气球顶部示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为对本实用新型的限定。

请结合图1至图6所示，本实用新型实施例涉及的具有冗余安全装置的乘用气球的具体结构包括气球球体1、吊篮11、操作绳9和安全绳8。

气球球体1的纵向对称面外围均匀间隔设置一组锁环3，套索2穿设于各锁环3，套索2的两端分别连接到膨胀检测模块102。气球球体1充满气时，套索2和膨胀检测模块102形成环形套设于气球球体1外侧。捆绑带29捆绑收叠状态的降落伞30，捆绑带29的两端接头由熔断器28连接，熔断器28固定于气球球体1的侧面，即降落伞30被捆绑在气球球体1的侧面。收叠状态的降落伞30与气球球体1的顶部由连接绳12连接。

应急泄气模块101位于气球球体1底部，气球球体1底部通过绳索与吊篮11连接。拉索套管4起始端于应急泄气模块101处，沿与吊篮11相连的绳索的走向设置，末端通入应急拉索盒5中。应急拉索18穿设于拉索套管4中，末端与应急拉环7相连。应急拉环7设置于应急拉索盒5内，应急拉索盒5位于吊篮11内方便取用处。吊篮11外侧安装速度传感器6，拉力传感器10安置于吊篮11底部。安全绳8一端连接拉力传感器10上，另一端连接于地面14。操作绳9一端也连接于拉力传感器10上，另一端由操作员拉拽。

应急泄气模块101包括拉索套管4，密封球15，推杆16，顶推套筒17，应急拉索18，直线电机19，球阀拉紧弹簧20，约束环21，拉索孔22。气球球体1的壁面形成通孔，该通孔为泄气口，直线电机19的定子与通孔的壁面刚性连接，而直线电机19的动子与球阀拉紧弹簧20刚性连接，球阀拉紧弹簧20与密封球15连接，密封球15与通孔顶端开口密封配合。顶推套筒17上开有两个拉索孔22。应急拉索18初始端固定于气球球体1内壁上，穿过一端顶推套筒17上所开的拉索孔22，应急拉索18附着于约束环21外，再穿过另一端顶推套筒17上所开拉索孔22，应急拉索18穿设于拉索套管4内。

套索2的一个接头连接膨胀检测阀壳体24的一端，膨胀检测阀壳体24的此端的内部连接有套索拉紧弹簧23，套索拉紧弹簧23的活动端连接有套索2的另一个接头，套索2沿连接膨胀检测阀壳体24的另一端小孔穿出。套索拉紧弹簧23的活动端刚性连接有滑动触头25，滑动触头25与安置在膨胀检测阀壳体24下部的滑动电阻26滑动连接。膨胀检测阀电源27通过电线一端连接在滑动触头25上，另一端连接在滑动电阻26上。当气球充气膨胀时，套索拉紧弹簧23会伸长，滑动触头25也会移动，回路中的滑动电阻26的有效电阻也会减小。

具有冗余安全装置的乘用气球还设有控制模块13，膨胀检测模块102、应急泄气模块101、速度传感器6、拉力传感器10及熔断器28均与控制模块13电连接，膨胀检测阀电源27和滑动触头25及滑动电阻26构成检测电路，滑动电阻的电压信号接入控制模块13。由控制模块13根据膨胀检测模块102、速度传感器6、拉力传感器10的反馈信号控制应急泄气模块101和熔断器28的动作。

具有冗余安全装置的乘用气球在脱离操作绳9和安全绳8的牵引后大气压力随海拔高度增加而持续减小。当乘用气球升空时，气球壁面外的环境压力持续下降。为了维持气球球体1内外的压力平衡，气球球体1必须持续膨胀，气球球体1壁面弹性材料受到的拉应力也会持续增加。当气球飞脱地面过高时，气球球体1膨胀引起气球球体1壁面弹性材料受到的拉应力超过屈服拉应力极限，气球球体1会瞬间爆炸，造成人员或财产损失。

1)拉力传感器10预防气球球体1飞脱：

正常情况下拉力传感器10检测到拉力f<f0，取10n≤f0≤20n，不妨设f0＝15n，此时说明安全绳8或操作绳9失去约束。控制模块13等待时间t1，取20s≤t1≤30s，不妨设t1＝25s。控制模块13再次检测拉力传感器10检测到拉力f。如果f<f0，取10n≤f0≤20n，不妨设f0＝15n，此时说明安全绳8和操作绳9均断裂或滑脱，气球已经飞脱。控制模块13会向应急泄气模块101发送泄气信号。

应急放气模块101命令直线电机19的动子向上移动。顶推套筒17会克服球阀拉紧弹簧20的拉力，把密封球15推离气球球体1的泄气口。气球球体1内部的压力减小，浮力也会持续减小，气球也会最终降落地面。

2)速度传感器6预防气球球体1飞脱：

速度传感器6实时检测吊篮11的升降速度v方向以及大小。当气球上升速度或者下降速度不在合理阈值，控制模块13会向应急泄气模块101发送泄气信号。确保上升速度或下降速度在合理阈值内，使气球安全飞行。

设气球上升速度阈值为vu，取3m/s≤vu≤7m/s，不妨设vu＝5m/s。当v>vu，表明气球的上升速度过快，控制模块13立即向应急泄气模块101发送泄气信号。

应急放气模块101命令直线电机19的动子向上移动。顶推套筒17会克服球阀拉紧弹簧20的拉力，把密封球15推离气球球体1的泄气口。气球球体1内部的压力减小，浮力也会减小，气球上升的速度会逐渐减小。

3)膨胀检测模块102预防气球球体1飞脱爆炸：

当气球球体1充满气后，拉索2张紧，套索拉紧弹簧23被拉长，滑动触头25被拉动到与滑动电阻26接触，膨胀检测阀电源27、电线、滑动触头25和滑动电阻26便构成一个导通的电路回路。电路回路发送电压信号u给控制模块13。当气球球体1持续膨胀，滑动触头25不断向右滑动，电路回路发送给控制模块13电压信号u也持续增加。当气球膨胀引起气球壁面弹性材料受到的拉应力达到一定值时，说明气球充气压力过大，或者气球已经飞入高空有爆炸可能性。此时滑动触头25到达最右端，电路回路发送给控制模块13电压信号u等于u0，不妨设4v≤u0≤6v，这里取u0＝5v，控制模块13会向应急泄气模块101发送泄气信号。

应急放气模块101命令直线电机19的动子向上移动。顶推套筒17会克服球阀拉紧弹簧20的拉力，把密封球15推离气球球体1的泄气口。随着泄气过程进行，气球球体1内部的压力减小。

当上述3种情况触发气球泄气后，速度传感器6检测气球的速度，当气球由上升变为下降时，控制模块13会向应急泄气模块101发送停止泄气信号。应急放气模块101命令直线电机19的动子向下移动，球阀拉紧弹簧20把密封球15拉回泄气口，泄气口停止泄气。等待时间t0，取30s≤t0≤60s，不妨设t0＝40s。控制模块13检测气球球体1下降的速度。设气球球体1下降速度阈值为vd，取2.5m/s≤vd≤3.5m/s，不妨设vd＝3m/s。当0<∣v∣<vd时，表明气球缓慢下降；当∣v∣≥vd，此时下降速度过快，为防止气球硬着陆，控制模块13向熔断器28发送熔断信号，熔断器28熔断后捆绑带29两端脱开，在侧向风的吹动作用下降落伞30打开，减缓气球下降速度，使气球以平稳速度安全降落。

在紧急状态下，可由手工拉索应急泄气预防气球球体1飞脱：

乘员拉动应急拉索盒5中的应急拉环7，应急拉索18沿拉索套管4被抽出，应急拉索18在顶推套筒17内部的部分会向上推力，在应急拉环7约束作用下的推力会克服球阀拉紧弹簧20的拉力，并把推杆16向上推动。密封球15推离气球球体1的泄气口，可实现泄气。当乘员发现气球下降速度过快时，减小作用在应急拉环7上的拉力或完全松开应急拉环7。则球阀拉紧弹簧20把密封球15拉向泄气口，泄气口会减少泄气或完全停止泄气。

本实用新型采用电子控制应急装置泄气，防止乘员对设备不熟练而产生安全隐患。本实用新型也采用机械式应急装置，运用手工控制，防止因电子设备的不灵敏、失效等情况或因特殊情况急需返回地面，确保最后一道防护措施的安全稳定。