高空气球填充装置

申请号 CN201580028587.X 申请日 2015-04-07 公开(公告)号 CN106458312A 公开(公告)日 2017-02-22
申请人 X开发有限责任公司; 发明人 K.布鲁克斯;
摘要 本 发明 提供了一种高空气球和用于填充这样高空气球的装置。作为示例,用于填充高空气球(200)的装置(300、1100)包括管状部分(302、1102),该管状部分延伸通过气球的球囊材料(310、1110)。该凸缘连接到气球的内表面。配件(402)连接到管的第二端。配件配置为与用于用提升气体填充气球的装置连接。另外,还提供了用提升气体填充高空气球的方法以及制造气球的方法。(502)。装置还包括连接到管的第一端的凸缘
权利要求

1.一种高空气球,包括用于填充该高空气球的装置,该装置包括:
管,所述管配置为延伸通过该气球的球囊材料;
凸缘部分,该凸缘部分连接到该管的第一端,该凸缘部分位于该气球的内表面上;以及配件,该配件连接到该管的第二端,该配件配置为连接到用于用提升气体填充该气球的装置。
2.如权利要求1所述的气球,其中该管配置为冷焊接以密封该气球中的提升气体。
3.如权利要求1所述的气球,其中该凸缘部分包括O型密封圈,该O型密封圈配置为在该凸缘部分和该球囊材料之间形成密封。
4.如权利要求1所述的气球,其中高真空润滑脂施加到该O型密封圈。
5.如权利要求1所述的气球,其中该凸缘设置为具有螺纹的插塞的底座,并且其中该装置还包括具有螺纹的螺母,该锁紧螺母的螺纹配置为与该插塞的螺纹匹配,以便将该装置固定到该球囊材料。
6.如权利要求1所述的气球,其中该管的第二端包括第二凸缘部分,该第二凸缘部分包括至少一个O型密封圈,所述至少一个O型密封圈配置为在该第二凸缘部分和该插塞的内部之间形成密封。
7.如权利要求6所述的气球,还包括盖子部分,所述盖子部分配置为将该第二凸缘部分固定到该插塞。
8.一种制造具有气球球囊的高空气球的方法,该方法包括:
通过未完成的气球球囊的材料中的开口将管插入,该管在第一端具有凸缘部分;
将该管固定到该未完成的气球球囊;以及
完成该未完成的气球球囊,使该凸缘部分和该材料的表面位于该完成的气球球囊的腔室内,所述腔室配置为接收提升气体。
9.如权利要求6所述的方法,还包括将配件连接到该管的第二端,该配件配置为连接到用于用该提升气体填充该完成的气球球囊的填充装置。
10.如权利要求8所述的方法,其中连接该配件包括将该配件焊到该管。
11.如权利要求8所述的方法,还包括在该材料中制作该开口。
12.如权利要求8所述的方法,其中将该管固定到该未完成的气球球囊还包括采用O型圈以将该气球球囊材料夹紧到该管上。
13.一种用提升气体填充高空气球的方法,该方法包括:
将填充装置连接到配件,该配件连接到管的第一端,该管在第二端具有凸缘部分且连接到该气球的球囊;
采用填充装置用提升气体填充该球囊;以及
夹断该管使该管与该填充装置分离。
14.如权利要求13所述的方法,其中所述夹断包括冷焊工艺以减小该提升气体燃烧的可能性。
15.如权利要求13所述的方法,其中所述夹断防止该提升气体在填充后从该球囊泄漏
16.如权利要求13所述的方法,其中该提升气体包括氢。
17.一种制造具有气球球囊和填充端口的高空气球的方法,该方法包括:
将具有凸缘部分和螺纹部分的插塞体设置在未完成的气球球囊的材料中的开口内,使得该凸缘部分位于该未完成的气球球囊的第一侧上,并且该螺纹部分的至少一些位于该未完成的气球球囊的第二侧上;
将锁紧螺母连接到该插塞体以将该插塞体固定到该未完成的气球球囊;
完成该未完成的气球球囊,使得该凸缘部分和该材料的表面设置在该完成的气球球囊的腔室内,该腔室配置为接收提升气体,并且该插塞体和锁紧螺母设置为该填充端口的部分。
18.如权利要求17所述的方法,还包括将O型密封圈连接到该插塞体,所述O型密封圈配置为在该凸缘部分和该插塞体的内部之间形成密封。
19.如权利要求17所述的方法,还包括将盖子部分连接到在管的一端的第二凸缘部分,以便将该第二凸缘部分固定到该插塞体。
20.如权利要求19所述的方法,还包括将配件连接到该管的第二端,该配件配置为连接到填充装置,该填充装置用于用该提升气体填充该完成的气球球囊。

说明书全文

高空气球填充装置

[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请是2014年4月10日提交的美国专利申请No.14/249,841的继续申请,其公开内容通过引用结合于此。

背景技术

[0003] 计算装置,例如个人计算机、膝上计算机、平板计算机、蜂窝电话,以及无数类型的能够连接互联网装置在现代生活的众多方面日益普及。因此,通过互联网、蜂窝数据网络和其它这样的网络数据连通性的要求在增长。然而,世界上有很多区域数据连通性仍不可用,或者如果可用,也是不可靠和/或高成本的。因此,另外的网络基础设施是期望的。
[0004] 一些系统可通过运行在平流层中的气球网络提供网络访问。由于这些气球在部署和运行期间承受的各种,需要材料的柔性和稳定性之间的平衡。气球可由球囊材料制造,该球囊材料配置为分区或瓣,以产生“南瓜”或有瓣的气球。瓣由多个加强筋支撑
[0005] 在气球能够被部署之前,其球囊必须用比空气轻的提升气体充气。氦和氢气体是比空气轻的提升气体的两个可供选择的方案。氦是惰性气体,并且因此通常认为是安全的。对于氦,填充特征可用O型圈、止回或手动设定的盖板密封。作为示例,人员可从填充端口去除盖板,插入填充软管,拉出填充软管,且盖好填充端口。在填充软管去除时,气体可能从气球泄漏。即使是传统的单向阀也可允许少量的气体泄漏。关闭阀后、但在断开填充线路前的净化(Purging)可防止泄漏,但是增加了另外的设计复杂性。然而,随着氦价格的升高和可用度上的下降,氢正在变为更加经济的选择。然而,由于氢与空气结合时是高爆炸性的,其使用可能存在安全的问题,尤其是在充气期间。
发明内容
[0006] 本公开的各方面对提供无泄漏填充端口是有利的,它也是简单的、坚固的和经济的。例如,提供了一种高空气球,其包括用于填充高空气球的装置。该装置包括管,该管配置为延伸通过气球的球囊材料。凸缘部分连接到管的第一端。凸缘部分还位于气球的内表面上。配件连接到管的第二端。配件配置为连接到用提升气体填充气球的装置。
[0007] 在一个示例中,管配置为冷焊接,以密封气球中的提升气体。在另一个示例中,凸缘部分包括O型密封圈,其配置为在凸缘部分和球囊材料之间形成密封。在另一个示例中,高真空润滑脂施加到O型密封圈。在另一个示例中,凸缘部分设置为具有螺纹的插塞的底座,并且其中装置还包括具有螺纹的螺母,该锁紧螺母配置为与插塞的螺纹匹配,以便将装置固定到球囊材料。在该示例中,管的第二端包括第二凸缘部分,第二凸缘部分包括至少一个O型密封圈,该O型密封圈配置为在第二凸缘部分和插塞的内部之间形成密封。另外,装置包括盖板部分,该盖板部分配置为将第二凸缘部分固定到插塞。
[0008] 本公开的其它方面提供制造具有气球球囊的高空气球的方法。该方法包括通过开口将管插入未完成的气球球囊的材料中。管在第一端具有凸缘部分。管固定到未完成的气球球囊。未完成的气球球囊然后完成,使凸缘部分和材料的表面位于完成的气球球囊的腔室内,该腔室配置为接收提升气体。
[0009] 在一个示例中,该方法还包括将配件连接到管的第二端,配件配置为连接到用于以提升气体填充完成的气球球囊的填充装置。在该示例中,连接配件包括将配件焊到管。在另一个示例中,该方法还包括在材料中制作开口。在另一个示例中,将管固定到未完成的气球球囊还包括采用O型圈以将气球球囊材料夹到管上。
[0010] 本公开的进一步方面提供用提升气体填充高空气球的方法,该方法包括将填充装置连接到配件。配件连接到管的第一端。管在第二端具有凸缘部分且连接到气球的球囊。该方法还包括采用填充装置用提升气体填充球囊且夹断管(pinch-off tube)使管与填充装置分开。
[0011] 在一个示例中,夹断是冷焊接工艺,其减小了提升气体燃烧的可能性。在另一个示例中,该焊接防止提升气体在填充后从球囊泄漏。在另一个示例中,提升气体包括氢。
[0012] 本公开的另一个方面提供制造具有气球球囊和填充端口的高空气球的方法。该方法包括在未完成的气球球囊的材料中的开口内设置具有凸缘部分和螺纹部分的插塞体,使凸缘部分位于未完成的气球球囊的第一侧上,并且螺纹部分的至少一些位于未完成的气球球囊的第二侧上;将锁紧螺母连接到插塞体以将插塞体固定到未完成的气球球囊;完成该未完成的气球球囊,使凸缘部分和材料的表面位于完成的气球球囊的腔室内,该腔室配置为接收提升气体,并且插塞体和锁紧螺母设置为填充端口的部分。
[0013] 在一个示例中,该方法还包括将O型密封圈连接到插塞体,O型密封圈配置为在凸缘部分和插塞体的内部之间形成密封。在另一个示例中,该方法还包括在管的一端将盖板部分连接到第二凸缘部分,以便将第二凸缘部分固定到插塞体。在该示例中,该方法还包括将配件连接到管的第二端,所述配件配置为连接到用于用提升气体填充完成的气球球囊的填充装置。附图说明
[0014] 图1是根据本公开各方面的一个系统的功能图。
[0015] 图2是根据本公开各方面的气球的示例。
[0016] 图3是根据本公开各方面的夹断管的示例。
[0017] 图4是根据本公开各方面的填充装置的示例。
[0018] 图5是根据本公开各方面的图4的填充装置和气球球囊材料的一部分的示例性示意图。
[0019] 图6是根据本公开各方面的图4的填充装置和气球球囊材料的一部分的另一个示例性示意图。
[0020] 图7是根据本公开各方面的完成的气球球囊、填充装置和提升气体填充源的示例性示意图。
[0021] 图8是根据本公开各方面的切断的填充装置、完成的气球球囊和提升气体填充源的示例性示意图。
[0022] 图9是根据本公开各方面的流程图
[0023] 图10是根据本公开各方面的另一个流程图。
[0024] 图11是根据本公开各方面的切断管组件的示例。
[0025] 图12是根据本公开各方面的连接到气球盖板的填充装置的示例。
[0026] 图13是图12的填充装置的横截面图。
[0027] 图14是图13的填充装置的横截面图的侧视图。
[0028] 图15是图12的填充装置和气球的分解图。
[0029] 图16是图13的填充装置的横截面图的一部分的近距离观察图。
[0030] 图17是图13的填充装置的横截面图的一部分的另一个近距离观察图。
[0031] 图18是图13的填充装置的横截面图的一部分的另一个近距离观察图。
[0032] 图19是图12的填充装置密封后的横截面图。
[0033] 图20是根据本公开各方面的流程图。
[0034] 图21是根据本公开各方面的另一个流程图。

具体实施方式

[0035] 本公开通常涉及用气体填充高空气球。如上所讨论,这样的气球可能用比空气轻的提升气体填充,例如氦和氢。由于氦随着可用度变小而变得更加昂贵,氢变为更有吸引力的选择。然而,因为氢是可燃的,所以重要的是具有减小气体泄漏可能性的填充特征,气体泄漏可能导致对人的严重损害或损伤。
[0036] 在一个方面中,填充装置可包括在一端具有螺纹体和凸缘部分或板的夹断管,并且在另一端可利用配件。夹断管典型地用于真空和低压应用中提供密封和防泄漏。
[0037] 如果气球可能用于更长期的飞行,例如几周或几个月或更长时间,甚至非常慢的泄漏也可能降低气球球囊的效力。在这样的示例中,夹断管可采用多个密封件连接到盖子和气球球囊,以便进一步减小甚至这样小泄漏的可能性。例如,填充装置可包括一端连接到配件的夹断管以及塞子、填充端口本体、填充端口本体锁紧螺母和填充管盖子。在装配时,O型密封圈可在填充装置和气球球囊之间提供气密密封。
[0038] 如上所述,配件可焊接到夹断管的一端,例如采用铜焊。夹断管可通过气球球囊材料中的孔定位。气球球囊材料可在完成的球囊中密封在一起且准备填充。在一些示例中,高真空润滑脂可在气球密封在一起之前或之后施加到任何的O型密封圈。
[0039] 为了填充气球,配件可连接到用于提供诸如氢或氦的填充气体的装置。一旦完成填充,管可通过剪子状切割机冷焊接关闭。这样,提升气体没有机会泄漏,并且存在由于采用诸如氢的气体时的很小损伤的可能性。另外,冷焊接不需要由人手动实现,而是可由另外的装置自动实现。夹断管提供一次使用、简单和非活动件,在采用易燃填充剂气体例如氢时可靠、经济、安全。
[0040] 图1示出了示例性系统100,其中可采用如上所述的高空气球。该示例不应看作限制本公开的范围和这里描述特征的有效性。系统100可看作"气球网络"。在该示例中,气球网络100包括多个装置,例如高空气球102A-F以及地面基站106和112。气球网络100还可包括多个额外装置,例如下面将更加详细讨论的各种计算装置(未示出)。
[0041] 如所示,系统100的装置配置为彼此通信。作为示例,气球可包括自由空间光链路104和/或射频(RF)链路114,以便促进气球间的通信。这样,气球102A-F可共同用作分组数据通信的网状网络。此外,气球102A-B的至少一些可配置为通过相应的RF链路108与地面基站106和112进行RF通信。一些气球,例如气球102F,可配置为通过光链路110与地面基站112通信。
[0042] 如上所述,为了传输数据到另一个气球,给定的气球102可构造成通过光链路104传输光信号。另外,给定的气球102可采用一个或多个高功率发光二极管(LEDs)以传输光信号。作为选择,气球的一些或全部可包括激光系统,用于光链路104上的自由空间光通信。其它类型的自由空间光通信是可能的。此外,为了通过光链路104从另一个气球接收光信号,给定的气球可包括一个或多个光接收器
[0043] 气球102A-F可共同用作网状网络。更具体而言,因为气球102A-F可采用自由空间光链路彼此通信,所以气球可共同用作自由空间光网状网络,其中每个气球可用作网状网络的节点。如上所述,气球网络100的气球可为高空气球,部署在平流层中。作为示例,气球可通常配置为在地球表面之上18km和25km之间的高度上运行,以便限制气球暴露到狂以及与商业航线干扰。气球的其它方面下面参考图2更加详细地讨论。
[0044] 图2是示例性高空气球200,其可代表气球网络100的任何气球。如所示,气球200包括球囊210、有效荷载220和连接到球囊210的多个加强筋230–250。
[0045] 高空气球球囊210可采取各种形式。在一个例子中,气球球囊210可由诸如聚乙烯的材料构造,在气球200飞行期间在空气中漂浮时该聚乙烯没有太大的载荷。另外或者作为选择,球囊210的一些或全部可由高柔性乳胶材料或橡胶材料例如氯丁二烯构造。其它的材料或其组合也可采用。此外,球囊210的形状和尺寸可根据特定的实施方案而变化。另外,球囊210可为填充有各种气体或其混合物的腔室,例如氦、氢或比空气轻的任何其它气体,下面称为提升气体。球囊210因此设置为在有效荷载220部署期间具有相关的向上浮力
[0046] 气球200的有效荷载220由诸如电缆的连接件260固定到球囊。有效荷载220可包括计算机系统(未示出),其具有一个或多个处理器和板载数据存储器。有效荷载220还可包括各种类型的设备和系统(未示出)以提供很多不同的功能。例如,有效荷载220可包括光通信系统、导航系统、定位系统、照明系统、高度控制系统和给气球200的各种部件供电的电源。
[0047] 考虑到使气球球囊210尽可能体轻的目标,其可由多个球囊瓣或窄条(gore)组成,球囊瓣或窄条具有薄膜,例如聚乙烯或聚对苯二甲酸乙二醇酯,其重量轻且具有适当的强度特定,用作可在平流层中部署的气球球囊。在该示例中,气球球囊210由球囊窄条210A–210D组成。
[0048] 个别的球囊窄条210A–210D可成型为边缘接缝连接相邻球囊窄条的长度大于球囊窄条的中心线的长度。因此,球囊窄条210A–210D可成型为更好地优化气球球囊210承受的应变率。气球球囊210内的压缩的提升气体可引起施加到气球200的力或载荷。
[0049] 加强筋230-250给气球200提供强度以承载由气球球囊210内的压缩气体产生的载荷。在一些示例中,加强筋的框架(未示出)可采用垂直和平连接的多个加强筋产生。每个加强筋可形成为纤维负荷带,该纤维负荷带粘合到各球囊窄条。作为选择,管状套筒可粘合到相应的球囊,且加强筋设置在管状套筒内。
[0050] 加强筋230、240和250的顶端可采用一种装置连接在一起,例如设置在气球球囊210的顶端的顶盖201。加强筋230、240和250的底端也可彼此连接。例如,对应的装置,例如底盖202,设置在气球球囊210的底座或底部。顶端的顶盖201可为与底部的底盖202相同的尺寸和形状。两个盖子包括用于连接加强筋230、240和250的对应的部件,并且可由不锈形成。
[0051] 图3是夹断管300的示例,夹断管300可用作高空气球的填充端口,高空气球例如为气球200。在该示例中,夹断管300包括管状部分302,其具有第一开口端304和相对的第二开口端306。第二开口端306以虚线示出以表示它具有螺纹体312。螺纹体312的直径大于管状部分的第一开口端304的直径。这样,夹断管300包括通道,使得空气或其它气体可大体沿着箭头308的通道从第一开口端304流动到相对的第二开口端306以及从第二开口端306流动到第一开口端304。以虚线示出的箭头308表示它们在管状部分302内。螺纹体312连接到扁平盘或凸缘部分310。夹断管300、螺纹体312和凸缘部分可由各种金属制造,例如包括铜。
[0052] 图4是填充装置400的示例,填充装置400包括配件402,配件402连接到夹断管300的第一开口端304。这样,配件402可在填充装置400连接到如下描述的气球球囊之前或之后通过铜焊或其它连接技术固定到管状部分302的第一开口端304。配件可配置为连接填充装置400与提升气体填充源,以便用提升气体填充诸如气球200的高空气球。
[0053] 填充装置可在气球的制造期间连接到气球球囊。例如,在完成气球球囊前,可在气球球囊材料的一部分中切孔。填充装置可从将变为气球球囊的内部的地方通过孔放置。这样,填充装置具有配件的第二端可通过孔以及夹断管的管状部分。一旦夹断管的凸缘设置在孔之下,可使用螺母或其它固定装置进一步固定气球球囊材料到填充装置,且特别是固定到夹断管的螺纹体。
[0054] 图5是填充装置400的示例500,填充装置400相对于气球球囊材料502的一部分定位。在该示例中,第二开口端306、凸缘310、管状部分302和配件402的一部分以虚线示出,因为这些特征位于球囊材料502的该部分之下或者将变为气球球囊的内部。如上所述,在填充装置固定到气球球囊材料502的该部分后,气球球囊材料的该部分可为球囊窄条210A–210D之一,其连接到其它这样的球囊窄条,以便形成诸如气球球囊210的完成的气球球囊。
[0055] 孔504可采用任何传统的切割技术切入气球球囊材料502的该部分中。孔504的大小可为使配件402和管状部分302可通过孔。孔504可小于凸缘310的面积以使凸缘不能通过孔504,尽管也可采用更大的孔。
[0056] 在一些示例中,在将填充装置400插入孔504中之前或者在完成气球球囊之后,高真空润滑脂可施加到填充装置的全部或一部分。配件402于是从气球球囊材料502的在完成球囊时将变为气球球囊210的内部的一部分的一侧通过孔。因此,在图500的示例中,配件402在箭头506的方向上通过孔504。
[0057] 图6是填充装置400的示例600,填充装置400固定到气球球囊材料502的一部分。一旦配件402通过孔504(如图5所示),管状部分302也通过孔直至螺纹体312的至少一部分通过孔且凸缘310与气球球囊材料502的该部分相遇,如图6所示。因此,在该示例中,第二开口端306和凸缘310以虚线示出,因为这些特征位于球囊材料502的部分之下或者将变为气球球囊的内部。
[0058] 为了将夹断管固定到气球球囊的该部分,可采用诸如螺母的固定装置。螺母606可设置在配件402之上,且在箭头608的方向上向下移动直至夹具位于聚集材料周围。螺母606包括开口610,其足够宽以套接配件402。开口还包括螺纹612,其配置为与螺纹体312的螺纹匹配。螺母606于是紧固在螺纹体312周围,以便将气球球囊材料固定到填充装置,例如,通过夹紧力,如图7的示例700所示。
[0059] 一旦填充装置固定到气球球囊材料,可完成气球球囊和气球。例如,如上所述,气球球囊材料502的该部分可采用脉冲密封工艺或其它工艺固定到其它这样的部分(尽管没有填充装置),以便产生如图2所示的完成的气球球囊。完成的气球球囊因此包括用于接收提升气体的腔室。气球球囊于是可配置为具有上面讨论的各种其它特征,以便生产完成的气球。
[0060] 完成的气球于是可采用填充装置膨胀。例如,完成的气球球囊然后可通过配件连接到提升气体填充源以便用提升气体填充球囊。因此,提升气体可从提升气体填充源通过管状部分且进入气球球囊以便膨胀气球球囊的腔室。一旦已经达到了所希望的膨胀水平,例如,可采用冷焊工艺夹断填充装置。例如,在填充装置仍连接到提升气体填充源的同时,填充装置的管状部分可由剪刀状工具压溃,剪刀状工具例如为夹断工具,直至管状部分切断成两个部分。具有配件的部分因此可仍连接到提升气体填充源。该部分可被丢弃。连接到气球球囊材料的另一部分可形成气密腔。
[0061] 图7是完成的气球球囊702的示例700,气球球囊702包括气球球囊材料502具有填充装置400的部分。再者,第二开口端306和凸缘310以虚线示出,因为这些特征位于气球球囊材料502的该部分之下且在完成的气球球囊702的内部上。
[0062] 在该示例中,配件402连接到提升气体填充源704。提升气体填充源704可包括软管或其它装置,其提供诸如氢或氦的提升气体以填充完成的气球球囊502。软管可配置为可拆卸地与配件403匹配,例如,通过互补螺纹。这样,管状部分302将完成的气球球囊702的内部或腔室与提升气体填充源704连接。管状部分302延伸通过在球囊材料402的该部分中的孔406。螺母606再一次将填充装置固定到气球球囊502的该部分且在腔室膨胀时提供气密密封。
[0063] 为了填充气球球囊,提升气体填充源704可连接到填充装置400的配件410,如图7所示。提升气体填充源704于是可用于提供提升气体以膨胀完成的气球球囊702。提升气体可沿着箭头706从提升气体填充源704通过配件410、管状部分302流入完成的气球球囊702的腔室中。
[0064] 一旦达到完成的气球球囊702的所希望的膨胀,管状部分302可被夹断。例如,诸如夹断工具的剪刀状工具可通过将管状部分302压溃成两部分且在两部分的每一个上形成密封而用于冷焊接管状部分302。图8的示例800示出了已经采用夹断工具在线708处彼此切断的管状部分的两个部分302A和302B(如图7所示)。在该示例中,管状部分已经被压溃,从而每个部分302A和302B分别具有气密密封802A和802B。仍通过配件410连接到提升气体填充源704的部分302A可从提升气体填充源去除且废弃。气密密封802A可防止提升气体在气球使用期间从完成的气球球囊702泄漏,即使在如上所述的高空环境中。
[0065] 图9的流程图900是上面描述的各方面的示例性流程图,可用于制造具有气球球囊的高空气球。在该示例中,在方902,管通过未完成的气球球囊的材料中的开口插入。管在第一端具有凸缘。开口可通过采用具有锋刃的工具或冲压工具切割材料而制作在材料中。如上所述,配件还可通过铜焊连接到管的第二端。该配件可配置为连接用于用提升气体填充完成的气球球囊的填充装置。在方块904,管固定到未完成的气球球囊。作为示例,O型圈夹具可用于将气球球囊材料夹紧到管。在方块906,未完成的气球球囊于是被完成,使凸缘和材料的表面位于完成的气球球囊的腔室内,该腔室配置为接收提升气体。
[0066] 图10的流程图1000是上述一些方面的示例性流程图,其可用于用提升气体填充高空气球。在该示例中,在方块1002,填充装置连接到配件。配件连接到管的第一端。管在第二端具有凸缘且连接到气球的球囊。在方块1004,球囊采用填充装置填充有提升气体。如上所述,在一些示例中,提升气体可包括氢。在方块1006,管被夹断,使管与填充装置分开。夹断可包括冷焊接工艺,以减小提升气体燃烧的可能性。夹断也可防止提升气体在填充后从球囊泄漏。
[0067] 因此,上面描述的特征允许提升气体在膨胀后但在完成的气球球囊的腔室密封前没有机会泄漏。这也减小了由于在采用诸如氢的气体时引起伤害的可能性。另外,冷焊接不需要人采用夹断工具手动实现,而是可由另外的装置自动进行。填充装置的管提供一次性使用、简单和非移动的部件,其在采用诸如氢的易燃填充剂气体时是可靠、经济、安全的。
[0068] 图11是夹断管组件1100的示例,其可用作诸如气球200的高空气球的填充端口。在该示例中,夹断管组件1100包括管状部分1102,具有第一开口端1104和相对的第二开口端1106。夹断管组件1100包括通道,使空气或提升气体可大体上沿着箭头1108的路径从第一开口端304流到相对的第二开口端1106(图13中更清楚示出)以及从第二开口端306流到第一开口端。第二端1106连接到插塞1112的盘或凸缘部分1110。凸缘部分1100包括从凸缘部分向外延伸的唇部1114。
[0069] 管状部分1102可包括各种金属,例如包括铜。管状部分1102例如可通过铜焊连接到凸缘部分1110。插塞1112(和凸缘部分1110)可由与管状部分1102不同的材料制造,例如不锈钢或铝。
[0070] 插塞1112还可包括一个或多个凹槽(图13中示出为凹槽1116和1118)。密封装置,例如O型圈1126和1128可设置在这样的凹槽中。O型圈1126和1128可由氟烷或其它柔性材料形成,其更好地适应低温环境,如下面更加详细的描述。
[0071] 图12-14是用于用提升气体填充气球的气球球囊的填充装置1200的示例,该气球例如为气球200。图13是图12的横截面图,并且图14是图12的横截面图的侧视图。图15是填充装置1200的部件的分解图。
[0072] 参见图12和15,除了夹断管组件1100外,填充装置包括填充端口本体1202、填充端口本体锁紧螺母1204和填充管盖1206。填充端口本体1202、填充端口本体锁紧螺母1204和填充管盖1206的每一个可由结晶塑料或高性能乙缩树脂(例如市场上可买到的产品)制造。
[0073] 填充端口本体1202包括下凸缘部分1222和具有螺纹的螺纹体部分1224。下凸缘部分具有由薄弯曲部分1230分开的凹槽1226和1228。诸如球囊O型密封圈1232的密封装置位于凹槽1226中。球囊O型密封圈也可由氟硅氧烷或很好适应低温环境的其它材料制造。然而,如下面更加详细的描述,球囊O型密封圈1232也可由没有这样特性的其它材料制造。填充端口本体1202也可包括通道1228,该通道1228通过螺纹体部分1224和下凸缘部分1222,以便提升气体从通道的一端通过到另一端。
[0074] 填充端口本体锁紧螺母1204包括内螺纹1240。内螺纹1240与填充端口本体1202的螺纹体部分1224的螺纹互补。这样,填充端口本体1202可通过填充端口锁紧螺母1204和球囊O型密封圈1232固定到气球200的顶盖201的一部分和球囊210的一部分(图15中更加清楚地示出)。
[0075] 填充管盖1206包括内螺纹1260,其与螺纹体部分1224的螺纹互补。填充管盖还包括接触表面1262,其配置为接触凸缘部分1110的唇部1114。
[0076] 填充装置1200还可包括连接到夹断管组件1100的第一开口端1104的配件(未示出)。该配件可配置为类似于图4的配件402。这样,配件可通过铜焊或其它连接技术固定到管状部分1102的第一开口端1104。配件可配置为将填充装置1200与提升气体填充源连接,以便用提升气体填充诸如气球200的高空气球。
[0077] 图16是图13的方框1300的近距离观察图。尽管没有这样示出,但是球囊O型密封圈1232由顶盖201上的填充端口本体锁紧螺母1204和气球球囊210的力压缩。球囊O型密封圈
1232上的这个压缩力在气球球囊210和填充端口本体1202之间产生密封。另外,该力也可压缩薄弯曲部分1230。在一些示例中,该薄弯曲部分1230可以被顶盖201上的填充端口本体锁紧螺母1204的力压缩与O型圈一样大。例如,薄弯曲部分1230的横截面可为约0.125英寸,并且压缩距离可为0.015英寸的量级或者更大或更小。薄弯曲部分1230可以在温度远低于O型圈的弹性温度(例如,在-50摄氏度,在该温度下,O型圈失去其弹性特性而变为刚性)之下保持O型圈就位,使得密封得以保持。因此,球囊O型密封圈1232可由氟硅氧烷(flouroscilicone)之外的材料或者很好适合于低温环境的其它材料制造。
[0078] 图17是图13的方框1310的近距离观察图。尽管没有这样示出,但是O型圈1126和1128分别压缩在凹槽1116和1118内在插塞1112和填充端口本体1202的内表面之间。最小和最大压缩值可分别为圈的横截面宽度的大约百分之15和19(通过图18的线1802测量)。压缩的O型圈的每一个在填充装置1100的插塞1112和填充端口本体锁紧螺母1204之间形成密封。这样,可能仅需要一个O型圈以提供充分的密封,然而,假如第一O型圈失效,第二O型圈可提供进一步保护而不泄漏。
[0079] 如上所述,平流层中的低温可引起填充装置1200的各种部件变形。例如,O型圈在-80摄氏度可失去其形状,在凹槽内收缩距离在0.001英寸的量级。类似地,填充装置1200的其它部件也可能收缩。这样的收缩可引起气球球囊210中非常小的泄漏,这可能使提升气体泄漏。如上所述,这可能对在平流层中长期(例如,几周或几个月或更多)飞行是个问题。对于填充装置中所用材料的每一个,收缩量可采用热膨胀系数决定。
[0080] 然而,填充装置1100和填充端口本体锁紧螺母1204之间的密封可以远在O型圈的弹性温度之下实现很好地连续密封接触。例如,为O型圈、填充端口本体和插塞选择的材料和尺寸可选择为使凹槽的截面面积上的变化等于凹槽的截面面积上的变化。下面的表1提供了示例性尺寸、材料和这样材料的热膨胀系数(CTE)。假设O型圈材料在-20摄氏度下为零弹性,任何运动可能是由于在该温度上或之下的热膨胀系数导致。表1中部件的组合提供这些部件在-20摄氏度(预期在平流层中的条件)下形状上的互补。换言之,凹槽和填充端口本体之间距离上的变化大致等于O型圈直径上的变化,因此减小了在平流层中飞行期间甚至在这些O型圈周围很小泄漏的可能性。
[0081] 表1:示例性尺寸、材料和CTE
[0082]
[0083]
[0084] 与填充装置300一样,填充装置1200可在制造气球期间连接到气球球囊。例如,在完成气球球囊前,可采用任何传统的切割技术在气球球囊材料的部分中切孔。另外,孔可制作在盖子中,例如,在盖子的材料形成期间或之后。这些孔可彼此对齐,并且填充装置1200的各种部件可彼此连接(如图13和14所示)。
[0085] 参见图15,气球球囊210包括孔1502,并且盖子201包括孔1504,该孔1504可如上面所讨论的切割或形成。这些孔的尺寸和形状通常对应于填充端口本体1202的螺纹体部分1224的宽度,但是不大于O型密封圈1232和下凸缘部分1222的直径。
[0086] 为了将填充装置1200连接到气球球囊和盖子,气球球囊210中的孔1502可与盖子201中的孔1504对齐,如图15所示。填充端口本体1202的螺纹体部分1224通过孔1502和1504从将变为气球球囊210的内部的地方放置。下凸缘部分1222不通过孔1502和1504,而是与将变为气球球囊210的内表面的部位接触。
[0087] 夹断管组件1100于是可设置在填充端口本体1202的通道1228内,直至唇部1114接触螺纹体部分1224的顶部。O型圈1126和1128压缩在凹槽1116和1118内且抵靠螺纹体部分1224的内表面,如图13和14所示。这样,如上所述,O型圈1126和1128的每一个可与螺纹体部分1224形成气密密封。
[0088] 在夹断管组件1100的插塞1112设置在通道1228内之前或之后,填充端口本体锁紧螺母1204于是设置在螺纹体部分1224之上。例如,填充端口本体锁紧螺母1204可通过内螺纹1240的互补螺纹拧紧到螺纹体部分上。由于填充端口本体锁紧螺母1204相对盖子201拧紧,O型密封圈1232抵靠将变为气球球囊210内表面的部位而产生气密密封。
[0089] 为了进一步将夹断管组件1100固定到填充端口本体1202,填充管盖1206设置在管状部分1102之上且到填充端口本体1202的螺纹体部分1224上。填充管盖1206可通过内螺纹1260和螺纹体部分的螺纹固定到螺纹体部分1224。填充管盖1206也可通过在表面1262和凸缘部分1110的唇部1114之间的接触而将夹断管组件1100固定到位。
[0090] 一旦填充端口本体固定到气球球囊材料,气球球囊和气球可如上所述被完成,以便生产完成的气球。这样,夹断管组件1100可在完成气球球囊和气球之前或之后固定到填充端口本体。另外,在一些示例中,在填充装置组装到气球球囊和盖子之前、期间和之后,高真空润滑脂可施加到填充装置1200的部件的全部或部分。
[0091] 一旦填充装置和完成的气球被装配,完成的气球于是可采用填充装置1200膨胀。与填充装置400和图8的示例一样,完成的气球球囊和填充装置1200然后可通过配件(未示出)连接到提升气体填充源,以便用提升气体填充球囊。因此,提升气体可从提升气体填充源前进,通过管状部分的通道和填充端口本体进入气球球囊,以便膨胀气球球囊的腔室。再者,O型圈提供气密密封以便在膨胀期间防止气体泄漏。
[0092] 一旦已经达到所希望的膨胀水平,填充装置1200例如可采用冷焊接工艺夹断,如上所述。图19是填充装置1200在其已经焊接关闭后的示例1900。在该示例中,开口端1104(未示出)已经从填充装置1200去除,并且形成了气密密封1902。与填充装置400的示例一样,管状部分1102与开口端1104相关的部分仍通过配件连接到提升气体填充源。该部分可从提升气体填充源去除且废弃。气密密封1902以及O型圈1126、1128和1226的每一个的密封可在气球的使用期间防止提升气体从完成的气球球囊泄漏,甚至如上所述在高空环境中。
[0093] 图20的流程图2000是上述一些方面的示例性流程图,其可用于采用诸如填充装置1200的填充装置制造具有气球球囊的高空气球。在该示例中,在方块2002,填充端口本体通过未完成的气球球囊的材料中的开口和盖子插入。填充端口本体具有凸缘。在方块2004,填充端口本体固定到未完成的气球球囊和盖子。在方块2006,未完成的气球球囊然后被完成,使凸缘和材料的表面设置在完成的气球球囊的腔室内,该腔室配置为接收提升气体。在方块2008,夹断管组件连接到填充端口本体。再者,如上所述,夹断管组件可在完成未完成的气球球囊之前或之后连接。
[0094] 图21的流程图2100是上述一些方面的示例性流程图,其可用于用提升气体填充高空气球。在该示例中,在方块2102,填充装置连接到配件。配件连接到管的第一端。填充装置连接到气球的气球球囊和盖子部分。在方块2104,球囊采用填充装置填充有提升气体。如上所述,在一些示例中,提升气体可包括氢。在方块2106,管被夹断,使管与填充装置分开。夹断可包括冷焊接工艺,以减小提升气体燃烧的可能性。焊接也可在填充后防止提升气体从球囊泄漏。
[0095] 除非另有表述,前述的选择性示例不是相互排斥的,而是可以实施为各种组合而实现独特的优点。由于在不脱离由权利要求限定的主题事项的情况下可利用上面讨论特征的这些和其它变化和组合,前述的实施例的描述应该以对由权利要求限定的主题事项进行说明的方式而不是对其限制的方式看待。另外,这里描述的示例以及短语“例如”、“包括”等的提供不应解释为将权利要求的主题事项限制到具体的示例;而是,示例仅旨在说明很多可能实施例之一。此外,不同附图中的相同附图标记可表示相同或类似的元件。
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