在2019年十一國慶慶典現(xiàn)場，70個大型充氣燈籠分成兩組，每組35個，沿南北方向分列廣場兩側(cè)，每個燈籠之間大約相隔20米。不少觀眾發(fā)出贊嘆，直徑5米、高4.2米的這種龐大燈籠，是如何實現(xiàn)保持在穩(wěn)定的高度、幾乎始終一動不動的？這其中，少不了傳感器技術(shù)，如無線溫度傳感器、壓力傳感器、IMU等傳感器技術(shù)的參與。
十一國慶閱兵期間，天安門廣場東西側(cè)路上空懸浮著70個大型充氣燈籠，飄立在空中一動不動
據(jù)燈籠總體技術(shù)負(fù)責(zé)人、中國航天科技集團(tuán)航天五院508所回收著陸專業(yè)青年專家陳旭透露，為保證安全性和穩(wěn)定性，大型充氣燈籠的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)完全采用了航天標(biāo)準(zhǔn)。其中，支撐燈籠的6毫米粗的系留繩，采用的是芳綸繩，能承受800公斤的力，確保了燈籠的絕對安全。
508所的主業(yè)之一是航天器回收著陸技術(shù)研究，而回收衛(wèi)星、飛船的減速部件降落傘就是柔性材料，然而設(shè)計同樣是柔性材料做成的大型充氣燈籠，對他們來說還是存在挑戰(zhàn)。
大燈籠研制采用了航天標(biāo)準(zhǔn)，資料圖
所謂一動不動，是從觀眾的視角看，而從檢測數(shù)據(jù)看，采用五點系留法的燈籠能夠基本實現(xiàn)在一定風(fēng)力下，幅度相對較小的位移。實際上，這些燈籠在空中會有10厘米到20厘米的擺幅。三四級風(fēng)時，會有0.5米到1米的擺幅。六級風(fēng)以下，燈籠都可正常使用。
平穩(wěn)懸在20多米空中的燈籠背后，并不只是簡單的“放燈籠”，而是要綜合運用空氣動力學(xué)和理論力學(xué)等專業(yè)知識。所謂“系留”技術(shù)，其實從字面上也很好理解，就是“系住并留住”，把大型燈籠穩(wěn)穩(wěn)地留在空中。
據(jù)了解，以前在太陽暴曬的情況下，燈籠會不會爆、里面氣壓多大，全憑手拍。這次，我們在燈籠里內(nèi)置了防刺的無線測量設(shè)備，內(nèi)部氣壓多大，隨時可測量。
技術(shù)人員為大燈籠安裝傳感器監(jiān)測裝置，資料圖
為了能實時監(jiān)測到大型充氣燈籠內(nèi)部的壓力、溫度參數(shù)，燈籠自身的位移、姿態(tài)變化以及各系留繩的受力情況，研制人員在試驗中采用了多種無線傳感器進(jìn)行測量。在試驗過程中，技術(shù)團(tuán)隊特意在燈籠上安裝了無線溫度壓力傳感器，對燈籠的抗風(fēng)、抗壓、抗曬等性能有了更深入細(xì)致的了解。在技術(shù)上做到了萬無一失。
燈籠是柔性結(jié)構(gòu)，內(nèi)部測量設(shè)備不能對球體產(chǎn)生破壞，同時固定在球體上的姿態(tài)測量裝置又需要有良好的剛性連接。針對這些問題，在具體安裝時，研制人員集思廣益，將內(nèi)部測量壓力、溫度的傳感器安裝在一個泡沫球殼內(nèi)，但又讓傳感器露出。這樣，即便傳感器在燈籠內(nèi)部翻滾，也可以保證既準(zhǔn)確測量到參數(shù)又對球體不產(chǎn)生破壞。據(jù)介紹，借助于無線溫度壓力傳感器，可以了解打燈籠隨著溫度變化的壓力變化情況，以及透氣性能。
在增加了傳感器測量手段后，技術(shù)團(tuán)隊對整個燈籠抗風(fēng)性能，還有升溫抗壓性能等的認(rèn)識更為深刻，也更有信心了。
傳感器技術(shù)讓大燈籠數(shù)據(jù)監(jiān)測更加精準(zhǔn)，資料圖
此外，技術(shù)人員還在燈籠頂部加裝了IMU（慣性測量單元）無線傳感姿態(tài)測量設(shè)備。當(dāng)燈籠升空后，是“紋絲不動”還是“看著一動不動”，都有精確的數(shù)據(jù)。IMU（Inertial Measurement Unit）即慣性測量單元，是測量運動物體慣性運動，輸出三軸加速度和三軸角速度等信息的電子元件，用于姿態(tài)角和運動路徑等測量。IMU常常還包含了磁力計、壓力計、溫度計和GPS等輔助單元，相互配合完成更復(fù)雜的任務(wù)。目前，IMU可廣泛用于姿態(tài)角確定、動作捕捉、無人機(jī)鏡頭防抖等應(yīng)用中。
在具體安裝時，為將IMU姿態(tài)測量裝置固定在燈籠上，技術(shù)人員在燈籠頂部縫制了一圈扣襻，將姿態(tài)測量裝置的剛性支座通過繩帶連接在這圈扣襻上。當(dāng)燈籠充氣達(dá)到設(shè)計壓力后，這圈扣襻上的繩帶都均勻繃緊，將支座牢牢地固定在宮燈頂部。此外，研制人員還將多種無線傳感器在同一時間下進(jìn)行記錄，從而獲得燈籠在風(fēng)力作用下的位移姿態(tài)變化、內(nèi)部壓力、溫度、系留繩上拉力等的相互關(guān)系，為燈籠的設(shè)計完善提供更精準(zhǔn)的依據(jù)。
據(jù)陳旭介紹，在大燈籠研制和測試過程中，有了無線溫度壓力傳感器、IMU等傳感器測得的傳感器數(shù)據(jù)，讓技術(shù)人員隨時調(diào)整設(shè)計參數(shù)變得更加方便，數(shù)據(jù)監(jiān)測驗證更加精準(zhǔn)。
注：文章屬于轉(zhuǎn)載類文章，不代表網(wǎng)站觀點，如有侵權(quán)請聯(lián)系刪除，謝謝。