论球库对系留气球必要性

论球库对系留气球必要性

于江

中电集团第三十八研究所，安徽省合肥市230031

摘要：本文对球库对系留气球的必要性进行了分析，首先对系留气球进行了概述，随后分别从大风天气、降水天气、雷电天气三个角度对系留气球造成的影响进行了分析，并从可用性下降、使用寿命缩短两个方面对系留气球在气象环境下出现的问题进行了探讨，最后从经济性角度和技术性角度分别对建造球库的必要性与可行性进行了论述，并进行了系统性总结，以供参考。

关键词：球库；系留气球；重要性

前言：系留气球本身依靠浮力升空，可以作为空中平台，承载通讯设备、侦查设备、干扰设备、探测设备等。对比其他方式，系留气球自身具备长时间滞空的特点，可以在军事领域中发挥重要作用，强化预警探测能力和电子对抗能力。因此，深入分析系留气球受到气象环境的影响，并根据实际情况建造球库，是当前重点研究内容之一。

一、关于系留气球的概述

系留气球是使用缆绳将其拴在地面绞车上并可控制其在大气中飘浮高度的气球。通常情况下，系留气球的升空高度不会超过2千米，主要应用在大气边界层探的探测工作。系留气球通常包含系统、测控、球体、供电、锚泊设施等部分，整体结构为柔性结构，主要制造材料为多功能柔性复合材料。设计人员设计时采用流线型对其展开设计，以此强化气球整体的稳定性。对比其他飞行器，系留气球自身具备多方面优势，比如滞空时间长、部署简单、维护费用低、耐用性强等，能够在军用领域和民用领域中发挥巨大作用。

二、气象环境对系留气球造成的影响

（一）大风天气对系留气球造成的影响

对于系留气球而言，风场会对其性能、结构、荷载、强度等多个方面造成影响。如果风场条件较为稳定，则系留气球地面锚泊的具备较强的抗风能力，可以有效提升安全性。但是在自然风场当中，风向并非一成不变，而是千变万化。此时系留气球地面锚泊过程中，十分容易受到大风的影响，增加载荷压力，进而对材料与结构造成损伤。同时，如果风险变化率超出设计要求，就会导致系留气球随风顺桨的能力进一步降低，扭曲球体，甚至引发球体破裂漏气的情况，影响正常使用。除此之外，如果是持续单位大风天，工作人员无法在恶劣环境下展开日常维护，并且在风速过大的影响下，球体地面锚泊十分不稳定，如果此时需要工作人员通过人力对其进行拉拽，就可能导致工作人员存在生命危险。而如果是沿海地区，并且地区内处于台风季节，则工作人员需要定期对撤收行架，避免出现意外[1]。

（二）降水天气对系留气球造成的影响

系留气球受到降水天气的影响主要包含两个方面，分别是冻雨和降雪。

一方面，关于降雪。无论是段时间降雪还是持续性降雪，都会对系留气球的顶部和平尾处造成大量积雪，如果此时地处北方且湿度较小，则可以通过升空的方式展开吹雪操作，减少系留气球受到的影响。如果地处南方且湿度较大的地区，则积雪会出现冻住的情况。

另一方面，关于冻雨。主要指冷水降至地表之后，如果接触到温度低于0摄氏度的物体，就会出现冻结的情况。在各类自然天气中，冻雨是危害较大、影响较大的天气之一，并且冻雨自身的黏性较强，十分容易在短时间内形成较厚的冰层。

在冻雨和降雪天气的影响下，冰雪会在球体表面积聚，从而进一步提高气球自身的质量。而气球的浮力会在质量的影响下逐渐降低，最终导致气动外形被破坏。同时，系留气球的飞行稳定性与飞行姿态也会在冰雪积聚的影响下出现较大变化，自身阻力会逐渐增加，进一步降低稳定性，导致系留气球出现安全隐患。在地面锚泊时，如果没有及时对冰雪进行清除，就会使整流罩及平尾与地面出现刮擦的情况，甚至压垮球体，造成严重损失[2]。

（三）雷电天气对系留气球造成的影响

在我国，部分南方地区春夏季节十分容易出现雷电。对比其他天气环境，雷电天气环境是干扰性最强、影响力最大的天气环境，本身属于放电现象。无论是电子设备还是通信系统，亦或者国防电缆，都十分容易受到雷电袭击。在我国，东部地区的雷电密度比西部地区高一些，南部地区则比北部地区高一下，沿海地区比内陆地区高一些。

对于系留气球而言，雷电天气造成的影响较大，十分容易对系留气球造成全方面影响，并造成严重的损伤。雷电自身会对系留气球造成直接效应，而对周边天气、环境造成影响后，还会对系留气球产生二次作用，出现间接效应。在雷电天气环境的影响下，无论是球体还是球载设备，亦或者地表设备及人员，都可能受到伤害。在面对雷电天气时，地面工作人员需要做好防护措施，避免受到意外伤害。

三、系留气球在气象环境下出现的问题

（一）可用性下降

系留气球如果遇到大风天气、降水天气、雷电天气，就会受到严重损伤，并影响自身功效。因此在遇到此类恶劣天气环境时，工作人员需要通过地面锚泊的方式规避天气因素带来的影响，甚至在严重时需要通过回收气球的方式降低损失。在此过程中，时间耗费十分严重。具体而言，在台风季节，如果天气预报中出现大风天气，则需要通过撤收气球的方式降低损失，而在大风天气结束后则需要重新假设气球，收放过程十分繁琐，会对系留气球的可用性造成直接影响。

（二）使用寿命缩短

系留气球自身材料包含层压材料，主要由阻气层和防老化层共同构成。虽然是两层，但是材料整体较薄，如果没有对应球库，哪怕抗拉强度较高也会受到严重影响，并且在紧急情况时，只能通过回收折叠的方式打包入库。而打包过程中，气囊材料的局部应力经常出现过高的情况，导致出现微孔损伤，进而影响囊体材料的封闭性。同时，折叠过程本身会造成严重磨损，甚至会使材料出现讲解的情况，导致系留气球的使用寿命不断下降，增加成本的同时无法发挥自身作用。

四、建造球库的必要性与可行性

（一）技术方面

对于建造球库而言，技术难度较低，并且费用较低。如果系留气球拥有属于自身的球库，则可以在遇到大风天气、降水天气、雷电天气时进入球库，避免天气环境造成损伤，降低受损的概率。而对比传统放气、折叠的收放方式，球库可以保留系留气球的可用性。设计人员设计球库时，可以适当增加轨道或者顶盖，系留气球进入球库时无需放气[3]。待天气环境结束时，系留气球可以直接投入使用，无需再次打气，有效降低经济成本。除此之外，工作人员可以在球库中对系留气球进行检修，无需关注气象条件的影响。

（二）经济方面

由于系留气球需要在架设、撤收过程中往复循环，在此过程中会消耗大量物力财力，并且危险系数较高，十分容易出现风险。而为系留气球修建球库的方式可以进一步降低财政支出，减少经济投入。修建球库时，多采用钢骨架构展开修建，建造方式和工艺十分成熟，费用较低。同时，系留气球需要较为密闭的环境，因此无需建造大门，可以进一步降低成本支出[4]。

四、结论

系留气球需要在多种环境下作业。在复杂的气象环境下，系留气球十分容易受到影响，自身强度容易下降，并对使用寿命造成影响。因此工作人员需要通过建造球库的方式为系留气球提供安全保障，帮助系留气球规避恶劣天气环境，降低天气环境造成影响，进而保护使用寿命，为人员安全提供保障。

参考文献：

[1]徐金琨,李兆杰,徐国宁等.系留气球多能源供电系统协调控制策略分析[J].计算机仿真,2022,39(03):46-51+112.

[2]卢芳春,卢玉林,吴金国等.系留气球球体结构独立监测系统研究[J].工程与试验,2021,61(01):59-60+87.

[3]费东年,程少杰.系留气球拉索汇流装置结构设计[J].电子机械工程,2020,36(05):7-10+31.

[4]申阿强,张冰蔚,戚永康等.系留气球系统牵引绞盘结构设计及其力学分析[J].机床与液压,2020,48(13):81-84.