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自航式下投探空系统

阅读：428发布：2024-02-17

专利汇可以提供自航式下投探空系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种自航式下投探空系统，包括安装有带螺旋桨电机、机载飞控系统和探空仪的无人机。无人机机身内前部设有储氢系统，中部设有安装了燃料电池的环境控制舱，后部设机载飞控系统。本发明具有下投探空仪与飞行器重量比约1/10的最优重量比，升限高。燃料电池作为无人机能源，航行时间长。无人机通过集气室和增压器对空气进行加热加压，调节环境控制舱的进气温度和空气密度，改善了燃料电池在高空的工作性能，为无人机提供了保障续航时长的足够功率。自航式下投探空系统机载若干多个探空仪，升空一次能准确的从多个地点高度在12~20km下投探空仪，探测大气垂直剖面的气象资料。使用本发明的自航式下投探空系统经济、环保，性价比更高。，下面是自航式下投探空系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种自航式下投探空系统，包括安装有带螺旋桨电机（1）、地面控制系统、机载飞控系统（2）和探空仪（3）的无人机（4），其特征在于：所述无人机（4）机身内的前部设有储氢系统（5），中部设有环境控制舱（6），所述机载飞控系统（2）设置在机身后部，所述环境控制舱（6）中纵向设有一个燃料电池（7），横向设有一个隔离圈（8），隔离圈（8）将环境控制舱（6）分隔成前部空气供给部分和后部气体排放部分，将燃料电池（7）分隔成前部分和后部分，所述环境控制舱（6）的右侧前部处连通一个气体增压器（9），气体增压器（9）通过进气管（10）与带螺旋桨电机（1）的集气室（1-1）连接，所述集气室（1-1）的气体为流经电机并被电机加热的气体，所述进气管（10）上安装有一个分气挡板（11），无人机（4）右翼前缘设有一个充气口（4-1），充气口（4-1）与进气管（10）在分气挡板（11）处连通，所述储氢系统（5）的氢气与燃料电池（7）的氢气进口连通，所述无人机（4）机体于气体排放部分的左侧设有一个出气口（4-
2），所述燃料电池（7）的后部分通过出气口（4-2）与大气沟通，所述燃料电池（7）构成总电源并通过电导线与无人机（4）的各个用电部分连接。
2.根据权利要求1所述的自航式下投探空系统，其特征在于：所述无人机（4）的机身下腹部设有若干个探空仪舱（12），左右机翼的下翼面分别各设有若干个探空仪舱（12），每个探空仪舱（12）内置放有一个探空仪，探空仪舱（12）的舱门通过电动启闭机构与机载飞控系统（2）的舱门控制机构电路连接。
3.根据权利要求1或2所述的自航式下投探空系统，其特征在于：所述分气挡板（11）通过电动调整机构与机载飞控系统（2）的分气控制机构电路连接。
4.根据权利要求3所述的自航式下投探空系统，其特征在于：所述分气挡板（11）具有一个在0°~90°范围内任意角度下的转动轨迹。
5.根据权利要求4所述的自航式下投探空系统，其特征在于：所述分气挡板（11）转动，流经进气管（10）进入环境控制舱（6）的冷热空气比例处于反比变化状态。
6.根据权利要求1所述的自航式下投探空系统，其特征在于：所述气体增压器（9）改变工作状态，所述环境控制舱（6）内的气压值为与气体增压器（9）工作状态随动的变量值。

说明书全文

自航式下投探空系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种气象监测系统，特别是涉及一种自航式下投探空系统。

背景技术

[0002] 气象监测领域不断有新的技术出现，如：中国专利申请号99103819.3给出的“具有自动导航和自动驾驶功能，能按预定轨道探测数据至地面处理，测量精度高，灵活性强”的由“微型无人驾驶飞机、数字化探空仪和地面接收控制处理系统组成”的微型无人驾驶飞机探空系统；中国专利号ZL 200410070186.4给出的“包括机身、机翼、动力驱动和控制系统”以及“机翼外端内藏有机载探空仪”组成的飞行高度达4km以上，用于“解决载人飞机租用费用昂贵，使人工影响天气作业费用居高不下问题”的人工影响天气微型无人驾驶飞机；中国专利号201110058938.5给出的“将下投探空仪通过挂钩挂在无人机机体或机翼下部”用以“解决现有探空仪投放地点和高度不准确”问题的无人机下投探空仪及其释放控制方法。上述已有专利技术中，无论是安装在机体内的还是挂接在机身外部的探空仪其数量都较少，不利于在更多区域全面多方采集气象数据；二是作为探空仪载体的无人机自身重量大，探空仪与飞行器重量比约为1/300，外挂探空仪，增大飞行阻力，严重影响无人机机动性能，飞行器存在飞行时间短，续航区域小，升限低于4km的缺陷。上述下投探空系统若要做到全面多方位采集大气数据，无人机需要反复升空，探空仪需要重复下投。传统下投探空系统：性价比低、使用费用高、不经济；不能实时准确的获取4km以上高度大气垂直剖面中的温度、湿度、气压数据资料，造成高层大气记录空缺的缺陷，影响天气预报及资料的准确使用与服务；它的使用费用大、浪费财力。

发明内容

[0003] 本发明的目的是给出一种机载探空仪数量多，探空仪下投测量点多，探空仪投放地点精准，无人机机载下的下投探空系统涉空时间长，升限高，对大气层探测高度高，能实时准确的获取12~20km高度以下大气层垂直剖面中的温度、湿度和气压数据资料，有利于在广泛区域全面多方位采集气象数据的自航式下投探空系统。

[0004] 本发明的目的是能够实现的。本发明的自航式下投探空系统包括安装有带螺旋桨电机、地面控制系统、机载飞控系统和探空仪的无人机，本发明的自航式下投探空系统特征在于：所述无人机机身内的前部设有储氢系统，中部设有环境控制舱，所述机载飞控系统设置在机身后部，所述环境控制舱中设有一个燃料电池，横向设有一个隔离圈，隔离圈将环境控制舱分隔成前部空气供给部分和后部气体排放部分，将燃料电池分隔成前部分和后部分，所述环境控制舱的右侧前部处连通一个气体增压器，气体增压器通过进气管与带螺旋桨电机的集气室连接，所述集气室的气体为流经电机并被电机加热的气体，所述进气管上安装有一个分气挡板，无人机右翼前缘设有一个充气口，充气口与进气管在分气挡板处连通，所述储氢系统的氢气与燃料电池的氢气进口连通，所述无人机机体于气体排放部分的左侧设有一个出气口，所述燃料电池的后部分通过出气口与大气沟通，所述燃料电池构成总电源并通过电导线与无人机的各个用电部分连接。

[0005] 本发明自航式下投探空系统，其中所述无人机的机身下腹部设有若干个探空仪舱，左右机翼的下翼面分别各设有若干个探空仪舱，每个探空仪舱内置放有一个探空仪，探空仪舱的舱门通过电动启闭机构与机载飞控系统的舱门控制机构电路连接。

[0006] 本发明自航式下投探空系统，其中所述分气挡板通过电动调整机构与机载飞控系统的分气控制机构电路连接。

[0007] 本发明自航式下投探空系统，其中所述分气挡板具有一个在0°~45°范围内任意角度下的转动轨迹。

[0008] 本发明自航式下投探空系统，所述分气挡板转动，流经进气管进入环境控制舱的冷热空气比例处于反比变化状态。

[0009] 本发明自航式下投探空系统，所述气体增压器改变工作状态，环境控制舱内的气压值为与气体增压器工作状态随动的变量值。

[0010] 本发明自航式下投探空系统与现有技术不同之处在于本发明自航式下投探空系统具有任务载荷重量（下投探空仪）与飞行器重量比约1/10的最优重量比，升限高。采用燃料电池作为高空无人机的能源，航行时间长。本发明利用无人机的螺旋桨电机通过集气室对供给燃料电池的空气温度进行加热，连接集气室和环境控制舱的进气管上设有与大气连通的分气挡板，改变分气挡板的角度，可调节冷暖空气进入环境控制舱的比例，保证送入燃料电池的进气温度为最佳值。增压器增大进入环境控制舱空气密度。通过调节环境控制舱的进气温度和增加送入燃料电池的空气密度，提高了燃料电池的效率，改善了燃料电池在高空的工作性能。燃料电池作为总电源，通过电导线与无人机的各个用电部分连接并为无人机提供了保障续航时长的足够功率。本发明的自航式下投探空系统，机载37个探空仪，一个采集点下投一个探空仪，升空一次能实时准确的在广泛区域全面多方位下投探空仪，采集大气层为12~20km高度下大气垂直剖面中的温度、湿度和气压气象资料。使用本发明的自航式下投探空系统经济、环保，性价比更高。

[0011] 下面结合附图对本发明的自航式下投探空系统作进一步说明。

附图说明

[0012] 图1为本发明自航式下投探空系统的结构示意图。

[0013] 图2为探空仪舱在无人机机身腹部和机翼下部的分布示意图。

[0014] 图3为探空仪投放前在探空仪舱内的置放示意图。

具体实施方式

[0015] 如图1所示，本发明是在已有技术基础上进行改进得到的。本发明的自航式下投探空系统包括已有技术的安装有带螺旋桨电机1、地面控制系统、机载飞控系统2和探空仪3的无人机4。本发明的自航式下投探空系统中，无人机4机身内的前部设有储氢系统5，中部设有环境控制舱6，机载飞控系统2设置在机身后部。环境控制舱6中设有一个燃料电池7，横向设有一个隔离圈8。隔离圈8将环境控制舱6分隔成前部空气供给部分和后部气体排放部分，将燃料电池7分隔前部分和后部分。环境控制舱6的右侧前部连通一个气体增压器9。气体增压器9通过进气管10与带螺旋桨电机1的集气室1-1连接。集气室1-1的气体为流经电机并被电机加热后的气体。进气管10上安装有一个分气挡板11。分气挡板11通过电动调整机构与机载飞控系统2的分气控制机构电路连接。分气挡板11具有一个在0°~90°范围内任意角度下的转动轨迹。无人机4右翼前缘设有一个充气口4-1，充气口4-1与进气管10在分气挡板11处连通。分气挡板11通过电动调整机构与机载飞控系统2的分气控制机构电路连接。转动分气挡板，流经进气管10的冷热空气比例处于反比变化状态。在高空，环境气温和气压低，启动增压器，增加进入环境控制舱6的空气量，并调整分气挡板11改变冷热空气流量比例，保障燃料电池工作性能。

[0016] 储氢系统5中的氢气与燃料电池7的前部分连通。无人机4机体于气体排放部分的左侧设有一个出气口4-2，燃料电池7的后部分通过出气口4-2 与大气沟通，用于排出燃料电池7排出的余气。燃料电池7作为总电源，通过电导线与无人机4的各个用电部分连接并供给其用电。

[0017] 如图2、图3所示，本发明自航式下投探空系统中，无人机4的机身下腹部设有八个探空仪舱12，左右机翼的下翼面分别各设有七个探空仪舱12。每个探空仪舱12内置放有一个探空仪。探空仪舱12 的舱门通过电动启闭机构与机载飞控系统2的舱门控制机构电路连接。机载飞控系统根据飞行前的设置程序或遥控命令，在不同的时间和地点分别控制探空仪舱12的舱门打开，释放舱内探空仪。探空仪在自重作用下，下落离开无人机。对大气进行监测。

[0018] 以上所述实施例，仅仅是对本发明优选实施方式进行的描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

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