系留气球环境适应性设计技术研究

系留气球环境适应性设计技术研究

闻红伟

中国电子科技集团公司第三十八研究所 ,安徽省合肥市 230031

摘 要：本文对系留气球全寿命剖面所遇到的主要环境影响因素进行分析，并提出一套完整的环境适应性设计技术方法。另外结合系留气球对环境所产生的影响和分析，来确定其具体受到的主要环境因素和对应解决措施，并利用相关实验对其进行验证和实验，以此来最大限度的降低环境因素对系留气球的影响，保障系留气球的安全，提升其环境适应性，以供相关人员参考。

关键词：系留气球；环境适应性；设计技术

前 言：

系留气球在飞行期间容易产生飞行事故，主要的原因在于系留气球本身浮力较大，并且一般在野外露天的工作周期相对较长，有着较为广泛的任务范围，同时一般的系留气球工作的区域海拔相对较高，所以为了减少系留气球在飞行中发生的事故，则需要将其设计重点放在环境适应性方面，同时这也是该气球设计的难点。只有科学设计系留气球在环境方面的适应能力，才能够在各项恶劣环境中发挥出其重要的功能和特点，这也是保障系留气球稳定工作的重要因素。

1. 系留气球寿命全周期所遭遇的环境因素与影响条件

1.1遭遇的环境因素分析

一般系留气球在整个寿命周期的剖面状态包含几个方面，如气球的充气组装与架设、空中系留、升空以及装备安全运输和储存等，这些状态所导致的结果就是其对环境适应性的影响较多，如在储存和运输期间其周围环境、在使用期间地区内部的地表环境、放飞期间该区域的大气环境等^[1]。随着这些因素的分析，可以得知影响系留气球的环境因素主要包含一些飞行时所受到的温度、冲击力、振动影响，以及周围天气中的风、雨、太阳辐射以及霉菌等方面的影响。

1.2环境效应分析

一般在系留气球工作期间，其所受到的典型环境效应包含以下几点。

1. 冲击与振动。这种状态发生会促使气球内部结构发生改变和位移，一些紧固的元件和器件容易发生松动或者断裂，同时剧烈振动会导致挂架的稳定性降低，最终使内部螺栓发生挤压或者磨损问题。

2. 高低温影响。在高低温的影响下，气球内部结构的强度会发生变化，甚至会产生老化问题，这样对于气球内部的一些电子元件会有着严重的影响，降低电子元件使用寿命，影响电子产品的使用性能。

3. 湿度影响。如果湿度过大，一定会使系留气球的囊体内部发生强度降低的问题，并且内部一些非金属结构会发生起泡和皱裂问题。另外如果雨水发生堆积和渗透，会导致一些金属部件发生锈蚀的问题，长出霉菌，影响其寿命长度^[2]。

4. 风场影响。风场对于系留气球影响主要表现在其使用的性能、结构和整体荷载等方面，如果风场影响严重，会对整个气球结构造成破坏，一些如索具、挂架等设备会发生断裂现象，并且锚泊车等主要的承力结构部件会发现明显裂纹或者滑移现象，严重影响气球整体性能。

5. 雷电影响。关于雷电影响对气球的破坏是全方位的，从气球的球体、球载设备和系留缆绳等设备，甚至是地面的工作人员，都可能遭受雷击伤害，并且对于气球整体结构完整性也有着严重影响。另外雷击最大的破坏在于能够损坏气球内部的电子设备，严重者会危及工作人员的生命健康。

2. 系留气球的环境适应性设计

2.1总体设计

1. 材料。首先是气球囊体材料，应当选择耐高低温、抗紫外线和防雨、防尘的复合型材料；而索具或者调节绳等设备需选择高分子强力材料；挂架等硬件需要选择耐腐蚀性较强的铝合金材料为宜^[3]。

2. 结构。在系留气球的安装与布置方面，需要避免一些外界环境的破坏，如风、雨、雷电等，保障系留气球的稳定性和性能使用性。

3. 改善环境影响措施。在此过程中需要将气球舱体的温度、湿度以及通风条件等环境性能加以改善，如气球内部的设备舱、控制室以及空调等设备。

2.2抗振动与冲击技术设计

1. 气球气囊需要采取裙边过渡的方式与整流罩相互连接，具体为气囊的下部与整流罩的裙边胶结并缝合，然后将反撕裂条热合在整流罩裙边，提升其抗撕裂程度。然后在整流罩与裙边之间胶结一层底衬布，以此来增加其与气囊的接触面积。

2. 当气球中的气囊接触到逆风航行情况时，则需要在气囊的表面后均匀布置头锥，然后将头锥与头锥蝴蝶结之间通过高分子强力绳进行结合连接，保障气囊的稳定性和整体性能稳定性。

2.3耐高低温与防潮设计

1. 为了避免雷击时其所产生的瞬间高温影响囊体材料性质，需要将气囊与尾翼上防雷带设置一定的距离^[4]。

2. 为了达到通风散热的作用，需要在电源挂架油机的两侧设置百叶窗，然后在逆航向时期利用帘布遮挡，其余部分采取铝板进行包裹，以此来保障电源挂架油机的性能稳定性。

3. 为保证囊体的性能稳定性，则需要增加过渡安装板，或者在囊体之间保持一定的举例，避免灯具过热破坏到系留气球的囊体结构。

4. 防潮设计主要是根据结构设计、结构防潮处理和材料的选择来改善气球的工作环境，如在电源的分系统中或者测控分系统中的电子产品，都需要实施良好的防潮处理。另外在气囊的布置上，需要采用航空有机玻璃进行安装，并且需要在玻璃与金属固定垫板之间安装一层密封垫，以此来保障气囊不受到潮气的影响。

2.4耐腐蚀设计与防雷设计

一般的耐腐蚀设计主要是结合结构的密封设计或者结构的无缝隙设计进行，防止其内部各个金属的密切接触，具体措施如下所示。

1. 在装配系留气球的铰链之后，采取单耳螺栓、叉耳接头和系留铰链接头，并且其中的单耳螺栓接头与叉耳接头之间接触的表面需要涂抹防腐蚀剂，或者在实施表面防护之后喷涂底漆，最后实施表面喷漆操作^[5]。

2. 在系留气球安装完毕之后，需要在其表面和底部进行喷漆处理，一些必要部件需要安装铜衬套，以此来保证其功能性部位不被腐蚀。

3. 为了保证系统能够在潮湿、盐雾等条件下正常运行，除了一些标准品件之外，其他材料均需采用铝材，并且保障所使用的铝材表面已经被阳极化。如果需要利用到一些小垫圈，则需要对其实施镀锌处理。

而防雷设计主要是为了保障气球内部整体性能的稳定性，可在囊体的上方与两侧各设置一根避雷索，并且每根避雷索其头部和尾部都需要连接在一起，将尾部垂下一定的距离，然后将其连接至旋转连接器，以此来保护整流罩的内部设备安全。最后需要在避雷索与系留缆绳的防雷编织网之间设置一条通道，用于泄放雷电电流，保障整体结构安全。

3. 系留气球的环境适应性设计评价与验证

本文将多个型号的系留气球进行其寿命期的环境剖面处理，结合有关试验标准，制定科学的试验条件和自然条件试验项目。供选择50多个代表产品，对其进行高低温、高低压、淋雨、霉菌和老化等单项试验。其主要目的在于系留气球在实际使用条件下对环境的适应能力和适应性，在相关试验完成与评价之后，系留气球已经达到所规定的适应能力，满足使用标准。

结 语：

本文对系留气球全寿命周期的剖面所收到的环境影响进行全面分析，并对其主要的环境影响因素和重点材料选择进行探讨，然后结合相关试验设计关于其环境适应性的相关试验和评价，以此来最大限度的减少气球工作时的故障发生率，为系留气球的稳定运行奠定重要基础。

参考文献：

[1]张敬锋.飞艇及系留气球电气系统设计中的干扰及对策[J].中国新技术新产品,2020(05):38-39.

[2]刘勇,舒欣,乐鑫喜,赖贞华.海洋环境下舰载系留气球缆绳与球体的动态仿真分析[J].装备环境工程,2019,16(12):36-39.

[3]汪洋,赵伊宁,李梦超,杜以林.基于系留气球的测控系统研究[J].计算机测量与控制,2019,27(09):109-111+116.

[4]张志富.系留气球雷达系统空中结构总体设计[J].西安航空学院学报,2019,37(01):37-41.

[5]吴斌,王平安.某系留气球头锥环境适应性设计[J].机械与电子,2017,35(04):13-16.