1.本发明涉及气球技术领域，特别是涉及一种强抗风的气球运载装置。


背景技术：

2.气球运载装置是一种利用气球的浮力实现货物空中运载的装置。当风吹过气球时，气球迎风面承受风的压力加大，导致气球表面压力势能增加。风力达到一定强度后，会出现气球系留绳断裂与气球被吹扁的现象，也可能使气球运载装置的飞行速度过快，这些都会导致安全事故发生。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种强抗风的气球运载装置，用于提高强风环境下气球运载装置的稳定性，避免安全事故的发生。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
5.本发明公开了一种强抗风的气球运载装置，包括：
6.浮体，所述浮体为一个气球或多个固定相连的气球；
7.固定于所述浮体外侧的扰流结构，所述扰流结构具有迎风面，所述迎风面具有竖向投影；
8.与所述浮体相连的悬垂体，所述悬垂体位于所述浮体下方；
9.用于承载货物的载重结构，所述载重结构位于所述悬垂体下方，所述载重结构与所述悬垂体转动连接，且转动轴为铅锤方向。
10.优选地，所述气球为热气球。
11.优选地，所述气球为充气气球。
12.优选地，所述悬垂体为第一吊篮，所述第一吊篮与所述浮体通过绳体相连。
13.优选地，所述扰流结构为扰流板。
14.优选地，所述扰流板的一个板面内凹，另一个板面外凸，各个所述扰流板的外凸面在所述浮体圆周方向的朝向相同。
15.优选地，所述扰流结构为多个，多个所述扰流结构在所述浮体的圆周方向均匀分布。
16.优选地，所述载重结构包括位于上部的连接件和位于下部的第二吊篮，所述第二吊篮用于承载货物，所述连接件与所述第二吊篮通过绳体相连。
17.优选地，所述悬垂体与所述载重结构通过轴承转动相连，所述轴承的转动轴为铅锤方向。
18.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
19.本发明通过设置扰流结构加速浮体的旋转，浮体的旋转动能增加后受到的压力势能减小，从而提高了浮体的抗风能力。由于浮体下方悬挂悬垂体，浮体与悬垂体组成的整体结构(称为转子)的重心偏下，稳定性较强。当转子旋转到一定速度时，陀螺效应使转子的旋
转更平稳，进一步提高抗风能力。由于悬垂体与载重结构是转动相连而非固定相连，当悬垂体旋转时，载重结构的旋转速度总是小于悬垂体的，从而尽可能使载重结构所承载的货物保持稳定，避免货物损坏。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本实施例强抗风的气球运载装置在风力作用下旋转的示意图；
22.图2为气流经过具有弯度的凸表面时吸附凸表面后方的部分气体的示意图；
23.图3为低压区改变气流方向的示意图；
24.附图标记说明：100
‑
强抗风的气球运载装置；1
‑
浮体；2
‑
扰流板；3
‑
第一吊篮；4
‑
系留扣；5
‑
第二吊篮；6
‑
轴承。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.本发明的目的是提供一种强抗风的气球运载装置，用于提高强风环境下气球运载装置的稳定性，避免安全事故的发生。
27.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
28.如图1所示，本实施例提供一种强抗风的气球运载装置100，包括浮体1、扰流结构、悬垂体以及载重结构。
29.其中，浮体1为一个气球或多个固定相连的气球，用于提供浮力。扰流结构固定于浮体1外侧，扰流结构具有迎风面，用于增大浮体1的迎风面积，从而在受风时加速浮体1的旋转。迎风面具有竖向投影，即迎风面非水平面，以保证扰流结构受风时，风对扰流板2的作用力不是铅锤方向，使风对扰流板2的作用力总能够对浮体1施加转动力矩。悬垂体与浮体1相连，且位于浮体1下方。载重结构用于承载货物，载重结构位于悬垂体下方。载重结构与悬垂体转动连接，且转动轴为铅锤方向。
30.本实施例的强抗风的气球运载装置100的工作原理如下：
31.如图2
‑
3所示，当气流经过具有弯度的凸表面时，气流改变运动方向继续流动，并通过吸附效应带走凸表面后方的部分气体，使凸表面后方形成低压区，反过来影响气流的方向，使气流绕凸表面流动，此为康达效应。当凸表面为浮体1时，气流绕浮体1流动，通过浮体1迎风侧和背风侧的压力差以及气流与浮体1之间的摩擦力带动浮体1旋转。
32.根据伯努利原理，动能+重力势能+压力势能＝常数，即流体的机械能守恒。当风吹过浮体1，浮体1迎风侧承受风的压力加大，导致浮体1表面压力势能增加。到达一定风力，会
出现浮体1系留绳拉断与浮体1被吹扁，或因风吹使浮体1飞行速度过快等，导致安全事故发生。
33.基于前述康达效应，当风吹过浮体1时使浮体1旋转起来。那么根据伯努利原理，当风吹过浮体1，浮体1的重力势能不变，一部分风能产生压力势能，一部分风能转换为浮体1的旋转动能。浮体1的旋转动能增加后，受到的压力势能减小，从而提高了浮体1的抗风能力。试验表明，浮体1在风力的作用下旋转起来后，所承受的压力势能能够减小50％左右。
34.本实施例中，进一步通过设置扰流结构加速浮体1的旋转。扰流结构使浮体具有更大的凸出部分，一方面增大浮体迎风侧的面积，使浮体承受更大的风力，以对浮体施加更大的转动力矩；另一方面，扰流结构的迎风侧和背风侧之间的压力差会使浮体1更容易受风吹旋转。
35.由于浮体1下方悬挂悬垂体，浮体1与悬垂体组成的整体结构(称为转子)的重心偏下。转子的轴线方向为铅锤方向，即使短暂偏离铅锤方向，由于重心偏下，也会很快调整回来，稳定性较强。当转子旋转到一定速度时，陀螺效应使转子的旋转更平稳，进一步提高抗风能力。
36.由于悬垂体与载重结构是转动相连而非固定相连，当悬垂体旋转时，载重结构的旋转速度总是小于悬垂体的。此处转动连接的摩擦越小，载重结构的转速越低，从而尽可能使载重结构所承载的货物保持稳定，避免货物损坏。
37.气球的类型有多种，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。本实施例中，气球为热气球，根据实际需要的不同，本领域技术人员也可选择充气气球(例如充入氢气、氦气、氮气等)。
38.本实施例中，悬垂体为第一吊篮3，第一吊篮3与浮体1通过绳体相连，第一吊篮3内可承载供热气球使用的加火装置、液化气罐等。根据实际需要的不同，本领域技术人员也可选择其它类型的悬垂体，只要能向浮体1施加向下的作用力即可。
39.本实施例中，扰流结构为扰流板2，本领域技术人员也可选择扰流块、扰流环等其它结构，只要能在风力作用下推动浮体1旋转即可。扰流结构优选为多个，多个扰流结构优选为在浮体1的圆周方向(以浮体1沿铅锤方向的轴线为中心)均匀分布。
40.需要说明的是，当气流沿浮体1的对称中心面吹来时，浮体1将不发生旋转。为了解决这一问题，本实施例中，扰流板2的两个板面形状不同，一个板面内凹，一个板面外凸，各个扰流板2的外凸面在浮体1圆周方向的朝向相同(均为顺时针方向或均为逆时针方向)。当浮体1一侧的扰流板2内凹面迎风时，浮体1另一侧的扰流板2外凸面迎风。由于内凹板面具有“兜风”的效果，其承受的风力更大，因而即使气流沿浮体的对称中心面吹来，浮体仍会旋转(其原理类似风车)。
41.本实施例中，载重结构包括位于上部的连接件和位于下部的第二吊篮5，第二吊篮5用于承载货物，连接件与第二吊篮5通过绳体相连。连接件优选为系留扣4，以便于与绳体相连。
42.为了减小载重结构与悬垂体转动连接处的摩擦，从而尽可能降低载重结构及其承载货物的转速，本实施例中悬垂体与载重结构通过轴承6转动相连，轴承6的转动轴为铅锤方向。轴承6的类型有多种，应根据实际载重的不同进行选择，此处不再赘述。
43.需要说明的是，本实施例中所指的绳体可以是线绳，也可以是钢丝绳、锁链等其它
形式的绳体，只要能够起到连接作用即可。
44.本实施例中，该强抗风的气球运载装置100的用途包括但不限于应急救援、应急通信、充气球发电等领域。
45.本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。